Спиновые явления в атомных парах

Насыщенные пары щелочных металлов являются идеальной модельной спиновой системой, имеющей ряд важных практических применений в магнитометрии и квантовой информатике. Для изучения парамагнитного резонанса и спиновой динамики в системах разогретых атомных паров применяется одночастотный лазер (титан-сапфировый лазер Tekhnoscan TIS-SF-777 с кольцевым резонатором или более простой диодный лазер с внешним резонатором), перестраиваемый в области оптического перехода в пределах нескольких гигагерц в ручном либо полуавтоматическом режиме. В настоящий момент установка позволяет реализовать несколько экспериментальных методик, среди которых:

• высоко-разрешающая оптическая спектроскопия. Характерное спектральное разрешение определяется возможностью перестройки частоты генерации лазера с шагом порядка ∆ν ~ 100 MHz, регистрируемым с помощью интерферометра Физо [1].
• магнитодинамика, наблюдаемая по стационарному либо время-разрешенному фарадеевскому вращению (временное разрешение: ∆t ~ 20–1000 мкс). Высокое соотношение сигнал/шум достигается за счет применения поляризационных оптических модуляторов PEM и EOM.
• спектроскопия спиновых шумов. Поляризационные шумы света, зондирующего спиновую систему, могут наблюдаться в полосе регистрации, ограниченной f_max < 1000 МГц (детектор A) либо f_max < 100 МГц (детектор B). Применение геометрии высокой поляризационной экстинкции и оптического гомодинирования позволяет определять времена спиновой релаксации в широком диапазоне плотностей мощности оптической накачки [2].

Рисунок 1 — Наблюдение спиновых флуктуаций поляризации и выстраивания в атомных парах цезия [3]. (a) блок схема эксперимента; (b) спектр мощности поляризационных шумов в различных магнитных полях. Магнитный резонанс на частоте ларморовской прецессии (ω_L) и ее второй гармонике (2ω_L), положения спектральных особенностей аппроксимированы линейной зависимостью (пунктирная и штрих-пунктирная линии). Рисунок 2 — Оптический спектр спинового шума, зарегистрированный внутри допплеровски-уширенной спектральной линии D2 в атомных парах цезия [1].

Публикации, связанные с тематикой исследований:

1. M. Yu. Petrov et al., “Homogenization of Doppler broadening in spin-noise spectroscopy”, Phys. Rev. A 97, 032502 (2018).
2. M. Yu. Petrov et al., “Increased sensitivity of spin noise spectroscopy using homodyne detection in n-doped GaAs”, Phys. Rev. B 97, 125202 (2018).
3. A. A. Fomin et al., “Spin-alignment noise in atomic vapor” (submitted); arXiv:1906.03163 (2019).