重惰性气体对碱金属原子磁共振线宽的影响:一项理论研究
核磁共振陀螺仪(NMRG)采用惰性气体核自旋作为惯性传感器,碱金属原子作为原位磁力计。其中,重惰性气体(尤其是氙气)因其大核自旋特性及与碱金属原子的强自旋交换耦合作用被广泛应用。然而,氙气的存在会引入额外碰撞机制,影响碱金属磁共振线宽,进而改变磁力计灵敏度与陀螺仪整体性能。该工作基于密度矩阵形式体系和主方程方法建立理论框架,定量研究了在实际NMRG工作条件下,氙气诱导的双体与三体相互作用如何改变碱金属原子线宽。分析表明,氙原子主要通过二元自旋破坏性碰撞及范德瓦尔斯力(vdW)介导的F阻尼过程加宽线宽,而氙核极化效应在~1%水平的影响可忽略。研究进一步揭示氮缓冲气体的双重作用:既通过二元碰撞直接导致碱金属自旋弛豫,又通过改变分子寿命间接调控vdW碰撞速率。这些过程的协同作用使得存在最优氮气密度使线宽最小化。此外,团队还发现了温度阈值现象——超过该阈值时将出现光致窄化效应,且该阈值随氙气密度增加而升高。这些发现为优化碱金属磁力计自旋弛豫控制及提升NMRG性能提供了理论依据。
