中國科學技術大學教授彭新華研究組及其合作者首次在弗羅凱量子體系上實現微波激射器，為超高精度超低頻磁場測量以及暗物質搜尋等研究提供全新途徑。該成果日前發表于《科學進展》。
微波激射器是利用電磁波與原子或分子等量子系統的共振相互作用，在微波波段獲得放大或振蕩的量子器件。自1954年第一臺微波激射器被成功實現后，它已催生出若干革命性技術，如激光器、原子鐘和量子放大器等。由于這些微波激射器技術在實際生活和科學研究中發揮著不可替代的作用，諾貝爾物理學獎曾多次授予該領域。
盡管微波激射器研究歷史已有60多年，但迄今為止只有少數物質能夠實現微波激射器，目前僅在靜態體系上實現過。對于含時周期變化的體系（即弗羅凱體系），此前未有任何理論和實驗報道。
彭新華研究組首次從理論上提出這種新型微波激射器的可行性，并成功在核自旋體系上實驗實現。他們采用同位素惰性氣體氙氣作為微波激射器介質，利用自旋交換碰撞方法，成功將其核自旋的布居度提高5個數量級；設計一套精巧的外腔反饋控制系統，消除傳統微波激射器對反轉布居度的苛刻要求，擴大了其適用范圍，并利用射頻磁場周期調制氙自旋體系的能級分裂，從而形成弗羅凱量子態。
經過兩年多的努力，他們首次觀測到弗羅凱量子態之間的受激輻射，標志著在周期變化的量子體系上實現微波激射器。這種新型微波激射器完全不同于以往，它呈現多個相位鎖定的多頻振蕩，它們的頻率值等于弗羅凱能級間距。研究人員還利用該微波激射器攻克低頻磁場噪聲難題，實現了迄今為止超低頻段最高的磁場測量靈敏度。
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