記者3月4日從中國科學技術大學獲悉，該校彭新華教授研究組及其合作者首次在弗羅凱量子體系上實現(xiàn)微波激射器，為超高精度超低頻磁場測量以及暗物質(zhì)搜尋等研究提供全新途徑。該成果日前發(fā)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(tǒng)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(xiàn)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(fā)揮著不可替代的作用，諾貝爾物理學獎曾多次授予該領域?qū)W者。

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(shù)物質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)微波激射器，目前僅在靜態(tài)體系上實現(xiàn)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研制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(xiàn)。他們采用同位素惰性氣體氙氣作為微波激射器介質(zhì)，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(shù)量級；設計一套精巧的外腔反饋控制系統(tǒng)，消除傳統(tǒng)微波激射器對反轉布居度的苛刻要求，擴大其適用范圍，并利用射頻磁場周期調(diào)制氙自旋體系的能級分裂，從而形成弗羅凱量子態(tài)。

經(jīng)過兩年多努力，研究人員首次觀測到弗羅凱量子態(tài)之間的受激輻射，標志著在周期變化的量子體系上實現(xiàn)微波激射器。他們還利用該微波激射器有效克服以往精密測量的低頻噪聲難題，實現(xiàn)了迄今為止超低頻段最高的磁場測量靈敏度。《科學》以專文報道該成果，盛贊其“為實現(xiàn)伽馬激光提供了新可能性”，“有望應用于高精度時鐘以及探測超輕暗物質(zhì)”。（記者 陳婉婉）