We propose and demonstrate a radio-frequency atomic magnetometer with sub-Doppler laser cooled rubidium-87. With a simple and compact design, our system demonstrates a sensitivity of in an unshielded environment, thus matching or surpassing previously reported cold atom designs. By merging the multiple uses and the robustness of radio-frequency atomic magnetometers with the detailed control of laser cooling, our cold atom radio-frequency magnetometer has potential for moving applications of atomic magnetometry to high spatial resolutions. A direct impact in metrology for applied sciences, materials characterization, and nanotechnology can be anticipated.
References
1.
D.
Budker
and M.
Romalis
, Nat. Phys.
3
, 227 EP
(2007
).2.
R. L.
Fagaly
, Rev. Sci. Instrum.
77
, 101101
(2006
).3.
J.
Belfi
, G.
Bevilacqua
, V.
Biancalana
, S.
Cartaleva
, Y.
Dancheva
, and L.
Moi
, J. Opt. Soc. Am. B
24
, 2357
(2007
).4.
S.
Pustelny
, A.
Wojciechowski
, M.
Gring
, M.
Kotyrba
, J.
Zachorowski
, and W.
Gawlik
, J. Appl. Phys.
103
, 063108
(2008
).5.
G.
Bevilacqua
, V.
Biancalana
, Y.
Dancheva
, and L.
Moi
, J. Magn. Reson.
201
, 222
(2009
).6.
W.
Chalupczak
, R. M.
Godun
, S.
Pustelny
, and W.
Gawlik
, Appl. Phys. Lett.
100
, 242401
(2012
).7.
D.
Sheng
, S.
Li
, N.
Dural
, and M. V.
Romalis
, Phys. Rev. Lett.
110
, 160802
(2013
).8.
V. G.
Lucivero
, P.
Anielski
, W.
Gawlik
, and M. W.
Mitchell
, Rev. Sci. Instrum.
85
, 113108
(2014
).9.
G.
Bevilacqua
, V.
Biancalana
, Y.
Dancheva
, A.
Vigilante
, A.
Donati
, and C.
Rossi
, J. Phys. Chem. Lett.
8
, 6176
(2017
).10.
P. D. D.
Schwindt
, S.
Knappe
, V.
Shah
, L.
Hollberg
, J.
Kitching
, L.-A.
Liew
, and J.
Moreland
, Appl. Phys. Lett.
85
, 6409
(2004
).11.
V.
Shah
, S.
Knappe
, P. D. D.
Schwindt
, and J.
Kitching
, Nat. Photonics
1
, 649 EP
(2007
).12.
W. C.
Griffith
, S.
Knappe
, and J.
Kitching
, Opt. Express
18
, 27167
(2010
).13.
M. P.
Ledbetter
, T.
Theis
, J. W.
Blanchard
, H.
Ring
, P.
Ganssle
, S.
Appelt
, B.
Blümich
, A.
Pines
, and D.
Budker
, Phys. Rev. Lett.
107
, 107601
(2011
).14.
C.
Baker
, Y.
Chibane
, M.
Chouder
, P.
Geltenbort
, K.
Green
, P.
Harris
, B.
Heckel
, P.
Iaydjiev
, S.
Ivanov
, I.
Kilvington
, S.
Lamoreaux
, D.
May
, J.
Pendlebury
, J.
Richardson
, D.
Shiers
, K.
Smith
, and M.
van der Grinten
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A
736
, 184
(2014
).15.
D. F.
Jackson Kimball
, D.
Budker
, J.
Eby
, M.
Pospelov
, S.
Pustelny
, T.
Scholtes
, Y. V.
Stadnik
, A.
Weis
, and A.
Wickenbrock
, Phys. Rev. D
97
, 043002
(2018
).16.
V.
Gerginov
, F. C. S.
da Silva
, and D.
Howe
, Rev. Sci. Instrum.
88
, 125005
(2017
).17.
S.-K.
Lee
, K. L.
Sauer
, S. J.
Seltzer
, O.
Alem
, and M. V.
Romalis
, Appl. Phys. Lett.
89
, 214106
(2006
).18.
R. J.
Cooper
, D. W.
Prescott
, P.
Matz
, K. L.
Sauer
, N.
Dural
, M. V.
Romalis
, E. L.
Foley
, T. W.
Kornack
, M.
Monti
, and J.
Okamitsu
, Phys. Rev. Appl.
6
, 064014
(2016
).19.
C.
Deans
, L.
Marmugi
, S.
Hussain
, and F.
Renzoni
, Appl. Phys. Lett.
108
, 103503
(2016
).20.
P.
Bevington
, R.
Gartman
, W.
Chalupczak
, C.
Deans
, L.
Marmugi
, and F.
Renzoni
, Appl. Phys. Lett.
113
, 063503
(2018
).21.
K.
Jensen
, M. A.
Skarsfeldt
, H.
Stærkind
, J.
Arnbak
, M. V.
Balabas
, S.-P.
Olesen
, B. H.
Bentzen
, and E. S.
Polzik
, Sci. Rep.
8
, 16218
(2018
).22.
L.
Rondin
, J.-P.
Tetienne
, T.
Hingant
, J.-F.
Roch
, P.
Maletinsky
, and V.
Jacques
, Rep. Prog. Phys.
77
, 056503
(2014
).23.
A.
Wickenbrock
, H.
Zheng
, L.
Bougas
, N.
Leefer
, S.
Afach
, A.
Jarmola
, V. M.
Acosta
, and D.
Budker
, Appl. Phys. Lett.
109
, 053505
(2016
).24.
M.
Vengalattore
, J. M.
Higbie
, S. R.
Leslie
, J.
Guzman
, L. E.
Sadler
, and D. M.
Stamper-Kurn
, Phys. Rev. Lett.
98
, 200801
(2007
).25.
S.
Wildermuth
, S.
Hofferberth
, I.
Lesanovsky
, S.
Groth
, P.
Krüger
, J.
Schmiedmayer
, and I.
Bar-Joseph
, Appl. Phys. Lett.
88
, 264103
(2006
).26.
G.
Labeyrie
, C.
Miniatura
, and R.
Kaiser
, Phys. Rev. A
64
, 033402
(2001
).27.
A.
Wojciechowski
, E.
Corsini
, J.
Zachorowski
, and W.
Gawlik
, Phys. Rev. A
81
, 053420
(2010
).28.
K.
Sycz
, A. M.
Wojciechowski
, and W.
Gawlik
, Sci. Rep.
8
, 2805
(2018
).29.
T.
Isayama
, Y.
Takahashi
, N.
Tanaka
, K.
Toyoda
, K.
Ishikawa
, and T.
Yabuzaki
, Phys. Rev. A
59
, 4836
(1999
).30.
O.
Elíasson
, R.
Heck
, J. S.
Laustsen
, M.
Napolitano
, R.
Müller
, M. G.
Bason
, J. J.
Arlt
, and J. F.
Sherson
, preprint arXiv:1811.01798 (2018
).31.
R. J.
Sewell
, M.
Koschorreck
, M.
Napolitano
, B.
Dubost
, N.
Behbood
, and M. W.
Mitchell
, Phys. Rev. Lett.
109
, 253605
(2012
).32.
J. L.
Helm
, T. P.
Billam
, A.
Rakonjac
, S. L.
Cornish
, and S. A.
Gardiner
, Phys. Rev. Lett.
120
, 063201
(2018
).33.
I. M.
Savukov
, S. J.
Seltzer
, M. V.
Romalis
, and K. L.
Sauer
, Phys. Rev. Lett.
95
, 063004
(2005
).34.
35.
R.
Nolli
, M.
Venturelli
, L.
Marmugi
, and A.
Wickenbrock
, Rev. Sci. Instrum.
87
, 083102
(2016
).36.
Z. T.
Lu
, K. L.
Corwin
, M. J.
Renn
, M. H.
Anderson
, E. A.
Cornell
, and C. E.
Wieman
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3331
(1996
).37.
C.
Deans
, L.
Marmugi
, and F.
Renzoni
, Rev. Sci. Instrum.
89
, 083111
(2018
).38.
G.
Bevilacqua
, V.
Biancalana
, Y.
Dancheva
, and L.
Moi
, Phys. Rev. A
85
, 042510
(2012
).39.
S.
Jammi
, T.
Pyragius
, M. G.
Bason
, H. M.
Florez
, and T.
Fernholz
, Phys. Rev. A
97
, 043416
(2018
).40.
C.
Deans
, L.
Marmugi
, and F.
Renzoni
, Opt. Express
25
, 17911
(2017
).41.
J. L.
Sørensen
, J.
Hald
, and E. S.
Polzik
, Phys. Rev. Lett.
80
, 3487
(1998
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.