集成超长光学通路COMS原子气室的超高灵敏度与可扩展量子传感器

芯片级量子传感器最引人注目的特点在于其能在保持极高灵敏度的同时实现大规模批量生产。这要求原子气室实现高度集成化与晶圆级制造。本文描述了一种晶圆级原子气室的微加工新范式——该气室采用CMOS兼容的非磁性加热器和温度传感器进行功能化,并展示了多项创新应用。通过标准微纳加工技术,集成化气室实现了5毫米的超长光程,达到此前微加工气室的近四倍。在苛刻环境条件下(473K工作温度与约1Pa真空度),连续30天的老化测试验证了集成原子气室制造工艺的可靠性。得益于超长光程优势,研究人员观测到包括饱和吸收和自旋波动在内的典型量子效应,这些现象在传统微加工气室中从未被捕获。最终该工作还展示了零场量子磁强计的优异性能,其磁灵敏度达到12飞特斯拉/赫兹1/2的超高水准。这些成果拓展了微加工原子气室的应用潜力,为超灵敏芯片级量子传感器的规模化生产开辟了道路。

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