【湖北日报】把原子“冻”在一个小芯片上？这群科学家做到了！

湖北日报全媒记者 李玉麟 通讯员 卢梦雨

你能想象吗？一个能俘获原子的装置，现在可以做得比指甲盖还薄——不是实验室里堆满桌子的庞然大物，而是像一块饼干一样，平铺在桌上。

最近，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院（以下简称精密测量院）联合华中科技大学研究团队，做了件大事情：他们成功把冷原子系统的核心部件，做成了“平的”。

超构表面、光栅芯片与磁阱芯片共同构成的微小型化/片上化冷原子系统

什么叫“平的”？就是我们平时说的芯片那样。光靠一片小小的超构表面、一张光栅芯片和一个平面磁阱芯片，就能完成过去需要一大堆镜片、线圈才能干的事——把原子抓住、冷却、控制住。

那抓原子干嘛？

这可不是抓来玩的。冷原子技术是当今量子精密测量的王牌技术之一。简单说，把原子温度降到接近绝对零度（零下273摄氏度左右），它们就会变得非常“乖”，运动得非常慢。这时候你就能用它来做极其精确的测量。比如，下一代原子钟、量子导航仪、重力仪，都离不开它。

那以前为什么难做小呢？

传统的磁光阱，就是用来冷却和俘获原子的装置，长得像个八爪鱼：四面八方的激光器、笨重的透镜、大块头的电磁线圈……要把这些东西搬出实验室，装到卫星或者便携设备上，非常困难。

研究团队为此想了个妙招：既然光路太复杂，那就让光走“捷径”。

他们把原本需要四分之一波片、透镜组才能完成的偏振控制和光束整形，统统集成到一个只有几百纳米厚的超构表面上。这个超构表面就像个聪明的“光开关”，一束激光照上去，它自动帮你分好方向、调好偏振。

与此同时，他们还做了个平面的磁阱芯片——就是把原来绕成圈圈的铜线圈，变成了印刷电路板上的螺旋线。这样一来，磁场也能在芯片上产生了。

微型化平面线圈芯片，用于产生磁场

实验结果让人惊喜：在同样的激光功率下，这套平面化系统俘获的铷-87原子数量，是传统方案的3.5倍！而且整个装置的体积、重量、功耗都大幅下降。

这样的芯片级冷原子装置可以用在哪里？便携式量子重力仪、微型原子钟、甚至未来的量子导航系统。

该项成果已经发表在国际顶级期刊《科学·进展》上，还被选为当期的重点推介工作。

华中科技大学博士生高豪与精密测量院博士生朱雨濛为论文共同第一作者，精密测量院研究员刘小赤与华中科技大学教授张诚、讲师刘泽阳为共同通讯作者。

该研究工作得到了国家自然科学基金委与中国科学院等机构的资助。

媒体链接：https://news.hubeidaily.net/hbrbsharenew/news_detail/5/5936458/5356445/0?w=1788431191441&uik=d70a4353&share_plat=android&sec=2670de86&historyback=1