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 330pT/Hz 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.

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.
L.
Marmugi
,
C.
Deans
, and
F.
Renzoni
, preprint arXiv:1805.05743 (
2018
).
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
).
You do not currently have access to this content.