我们的科学家提出了一种新的固态原子钟方案

3日，记者从中国科学技术大学获悉，中科院显微磁共振重点实验室的、石发展等人开展了固态系统首次原子缺陷各向同性检测，频率检测精度达到赫兹级。基于这一结果，提出了一种新的固态原子钟方案。这个成果前几天发表在《物理评论快报》。

精密测量是人类加深对自然认识的重要手段。比如原子钟、引力波探测都是基于精密测量，粒子的各向同性是高精度测量的前提。然而，由于固体晶格的复杂性，固体中原子缺陷的等规度还没有得到高精度的测试。近10年来，金刚石中的一种原子缺陷——氮空位色引起了广泛关注。这种缺陷有许多优良的特性。基于这些优点，氮空位色心在量子精密测量和量子计算领域得到了广泛的应用。

在室温和大气条件下，研究团队测试了赫兹水平的氮空位色心的同一性，用拉姆齐干涉法测量了系统的哈密顿量，并比较了赫兹水平的不同色心。其中，氮核自旋的电四极矩耦合是最精确的测量，测量值的精度比以往实验提高了4个数量级。令人惊讶地发现，即使在室温和大气条件下，不同的色心在赫兹水平上仍然可以相同，不均匀的晶格应力会使色心相差几十赫兹。

基于上述身份测试的结果，研究团队提出了一种高鲁棒性和集成度的固态原子钟新方案。与现有商用原子钟相比，固态原子钟具有鲁棒性高、易于集成的特点，更适合在低温、高压、移动平台等具有挑战性的复杂环境下工作。

这一成果为固体自旋提供了一种精确的测量方法，深化了对固体中原子缺陷的认识。未来在低温下测量精度可以进一步提高到毫赫兹级别。在应用层面，提出了一类具有高鲁棒性和集成度的固态原子钟，相关成果已获得专利。