单原子级机械光学传感器用于超灵敏力感知
摘要：使用光作为探测机械运动的工具是物理学中最成功的实验方法之一。基于光的反射、折射和散射的机械传感的历史可以追溯到16世纪，在卡文迪什实验中，通过悬挂上的镜子反射的光束的偏转来测量由重力力量引起的旋转角度。在现代科学中，机械光学传感器是一种能够检测、测量和将力或位移信号转化为光信号的设备，广泛用于力的检测。特别是，在表面科学、生物分子成像和原子电子学中，对具有超高空间分辨率的超弱力传感器的需求非常高。在这里，我们展示了一种使用单个囚禁离子作为机械光学传感器的新方案。该方法利用了力引起的微运动，将微运动转化为时间分辨荧光信号，其中离子的多余微运动与散射光子的多普勒频移耦合。我们证明了测量灵敏度约为600 $exrm{zN}/sqrt{exrm{Hz}}$ (1 $exrm{zN} =10^{-21}$N)。通过在三个维度上交替检测激光束，可以精确确定矢量力的振幅和方向，构成一个三维力传感器。这种机械光学传感器提供了高灵敏度和单原子级别的空间分辨率，使其能够在材料行业和超越标准模型的可能的异域自旋相关相互作用的搜索等应用中发挥作用。
作者：Yang Liu, Pengfei Lu, Xinxin Rao, Hao Wu, Kunxu Wang, Qifeng Lao, Ji Bian, Feng Zhu, Le Luo
论文ID：2203.00919
分类：Atomic Physics
分类简称：physics.atom-ph
提交时间：2022-12-29