微型化原子磁力仪灵敏度上限的原子气室尺寸依赖性分析

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟

微型化原子磁力仪灵敏度上限的原子气室尺寸依赖性分析

本文通过分析碱金属原子在原子气室中的自旋弛豫作用，得出了原子

磁力仪灵敏度上限受气室尺寸影响的理论模型。计算了不同气室尺寸下，工作

物质为87Rb、工作温度为383.15 K 时缓冲气体Ar 的最优压强，此压强值随气室尺寸减小而快速增大。在此基础上，计算了不同气室尺寸下磁力仪灵敏度上限。结果表明，磁力仪灵敏度上限随原子气室尺寸减小而快速恶化，当气室直

径由1 cm 减小到0.1 cm 时，磁力仪灵敏度上限由0.4 pT Hz-1/2 恶化为15 pT Hz-1/2。

1、引言

高灵敏度磁力仪在越来越多的领域得到广泛应用，如基础物理、地球科

学研究、医学诊断等。相对于常用的超导量子磁力仪(SQU

近十多年来，通过将气室制作工艺与微纳加工工艺相结合，微型原子气

室的尺寸可达亚毫米量级，这对原子磁力仪的微型化产生了巨大的推动作用。

然而，原子气室尺寸的减小会严重影响磁力仪灵敏度上限。在微型化原子磁力

仪的研究过程中，如何根据磁力仪的灵敏度要求选取适当的原子气室尺寸成为

了亟待解决的问题。目前，在不同研究中所使用的原子气室尺寸差异较大，气

室尺寸的选取多依靠实验经验，相关理论分析还很不完善。

本文通过分析原子磁力仪的工作原理，对碱金属原子在原子气室中的自

旋弛豫过程进行了深入分析，并通过理论计算探究了气室尺寸对原子磁力仪灵

敏度上限的影响规律，为微型化原子磁力仪的优化设计提供理论依据。

2、结论

本文对微型化原子磁力仪灵敏度上限的气室尺寸依赖性进行了分析。通