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基于纳米机械谐振器与电子自旋混合的高精度重力仪。

High-precision gravimeter based on a nano-mechanical resonator hybrid with an electron spin.

作者信息

Chen Xing-Yan, Yin Zhang-Qi

出版信息

Opt Express. 2018 Nov 26;26(24):31577-31588. doi: 10.1364/OE.26.031577.

DOI:10.1364/OE.26.031577
PMID:30650741
Abstract

We show that the gravitational acceleration can be measured with the matter-wave Ramsey interferometry, by using a nitrogen-vacancy center coupled to a nano-mechanical resonator. We propose two experimental methods to realize the similar Hamiltonian, by using either a cantilever resonator or a trapped nanoparticle. The scheme is robust against the thermal noise, and could be realized at the temperature much higher than the quantum regime. The effects of decoherence on the interferometry fringe visibility is calculated, considering both the mechanical motional decay and dephasing of the nitrogen-vacancy center. In addition, we demonstrate that under the various sources of random and systematic noises, our gravimeter can be made on-chip and achieve a high measurement of precision. Under experimental feasible parameters, the proposed gravimeter could achieve 10 relative precision.

摘要

我们表明,通过使用与纳米机械谐振器耦合的氮空位中心,利用物质波拉姆齐干涉测量法可以测量重力加速度。我们提出了两种实验方法来实现类似的哈密顿量,一种是使用悬臂梁谐振器,另一种是使用捕获的纳米粒子。该方案对热噪声具有鲁棒性,并且可以在远高于量子区域的温度下实现。考虑到机械运动衰减和氮空位中心的退相,计算了退相干对干涉条纹可见度的影响。此外,我们证明,在各种随机噪声和系统噪声源的情况下,我们的重力仪可以在芯片上制造,并实现高精度测量。在实验可行的参数下,所提出的重力仪可以达到10的相对精度。

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引用本文的文献

1
Levitated optomechanics: From single to many-body physics.悬浮光力学:从单粒子物理到多体物理
Fundam Res. 2022 Oct 4;3(1):90-92. doi: 10.1016/j.fmre.2022.09.015. eCollection 2023 Jan.