We report on the design, construction, and performance of a compact magnetic shield that facilitates a controlled, low-noise environment for experiments with ultracold atomic gases. The shield was designed to passively attenuate external slowly varying magnetic fields while allowing for ample optical access. The geometry, number of layers, and choice of materials were optimized using extensive finite-element numerical simulations. The measured performance of the shield is in good agreement with the simulations. From measurements of the spin coherence of an ultracold atomic ensemble, we demonstrate a residual field noise of 2.6 μG and a suppression of external dc magnetic fields by more than five orders of magnitude.

1.
A.
Kubelka-Lange
,
S.
Herrmann
,
J.
Grosse
,
C.
Lämmerzahl
,
E. M.
Rasel
, and
C.
Braxmaier
,
Rev. Sci. Instrum.
87
,
063101
(
2016
).
2.
T.
van Zoest
,
N.
Gaaloul
,
Y.
Singh
,
H.
Ahlers
,
W.
Herr
,
S. T.
Seidel
,
W.
Ertmer
,
E.
Rasel
,
M.
Eckart
,
E.
Kajari
,
S.
Arnold
,
G.
Nandi
,
W. P.
Schleich
,
R.
Walser
,
A.
Vogel
,
K.
Sengstock
,
K.
Bongs
,
W.
Lewoczko-Adamczyk
,
M.
Schiemangk
,
T.
Schuldt
,
A.
Peters
,
T.
Könemann
,
H.
Müntinga
,
C.
Lämmerzahl
,
H.
Dittus
,
T.
Steinmetz
,
T. W.
Hänsch
, and
J.
Reichel
,
Science
328
,
1540
(
2010
).
3.
G.
Rosi
,
F.
Sorrentino
,
L.
Cacciapuoti
,
M.
Prevedelli
, and
G. M.
Tino
,
Nature
510
,
518
(
2014
).
4.
T. L.
Gustavson
,
A.
Landragin
, and
M. A.
Kasevich
,
Classical Quantum Gravity
17
,
2385
(
2000
).
5.
J. M.
McGuirk
,
G. T.
Foster
,
J. B.
Fixler
,
M. J.
Snadden
, and
M. A.
Kasevich
,
Phys. Rev. A
65
,
033608
(
2002
).
6.
O. L.
Krivanek
,
G. J.
Corbin
,
N.
Dellby
,
B. F.
Elston
,
R. J.
Keyse
,
M. F.
Murfitt
,
C. S.
Own
,
Z. S.
Szilagyi
, and
J. W.
Woodruff
,
Ultramicroscopy
108
,
179
(
2008
).
7.
P.
Mansfield
and
B.
Chapman
,
J. Magn. Reson.
72
,
211
(
1987
).
8.
M. C. D.
Tayler
,
T.
Theis
,
T. F.
Sjolander
,
J. W.
Blanchard
,
A.
Kentner
,
S.
Pustelny
,
A.
Pines
, and
D.
Budker
,
Rev. Sci. Instrum.
88
,
091101
(
2017
).
9.
L.
Botti
,
R.
Buffa
,
A.
Bertoldi
,
D.
Bassi
, and
L.
Ricci
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
035103
(
2006
).
10.
A.
Bertoldi
,
L.
Botti
,
D.
Covi
,
R.
Buffa
,
D.
Bassi
, and
L.
Ricci
,
Eur. Phys. J.: Appl. Phys.
33
,
51
(
2006
).
11.
A.
Bertoldi
,
D.
Bassi
,
L.
Ricci
,
D.
Covi
, and
S.
Varas
,
Rev. Sci. Instrum.
76
,
065106
(
2005
).
12.
A. D.
Ludlow
,
M. M.
Boyd
,
J.
Ye
,
E.
Peik
, and
P. O.
Schmidt
,
Rev. Mod. Phys.
87
,
637
(
2015
).
13.
C. J.
Dedman
,
R. G.
Dall
,
L. J.
Byron
, and
A. G.
Truscott
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
024703
(
2007
).
14.
W.
Zhang
,
S.
Yi
,
M. S.
Chapman
, and
J. Q.
You
,
Phys. Rev. A
92
,
023615
(
2015
).
15.
A.
Öttl
,
S.
Ritter
,
M.
Köhl
, and
T.
Esslinger
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
063118
(
2006
).
16.
A.
Gallemí
,
L. P.
Pitaevskii
,
S.
Stringari
, and
A.
Recati
,
Phys. Rev. A
100
,
023607
(
2019
).
17.
D. T.
Son
and
M. A.
Stephanov
,
Phys. Rev. A
65
,
063621
(
2002
).
18.
K.
Ihara
and
K.
Kasamatsu
,
Phys. Rev. A
100
,
013630
(
2019
).
19.
B.
Merkel
,
K.
Thirumalai
,
J. E.
Tarlton
,
V. M.
Schäfer
,
C. J.
Ballance
,
T. P.
Harty
, and
D. M.
Lucas
,
Rev. Sci. Instrum.
90
,
044702
(
2019
).
20.
D.
Trypogeorgos
,
A.
Valdés-Curiel
,
N.
Lundblad
, and
I. B.
Spielman
,
Phys. Rev. A
97
,
013407
(
2018
).
21.
J.-M.
Cai
,
B.
Naydenov
,
R.
Pfeiffer
,
L. P.
McGuinness
,
K. D.
Jahnke
,
F.
Jelezko
,
M. B.
Plenio
, and
A.
Retzker
,
New J. Phys.
14
,
113023
(
2012
).
22.
T. J.
Sumner
,
J. M.
Pendlebury
, and
K. F.
Smith
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
20
,
1095
(
1987
).
23.
E. A.
Burt
and
C. R.
Ekstrom
,
Rev. Sci. Instrum.
73
,
2699
(
2002
).
24.
S.
Celozzi
,
R.
Araneo
, and
G.
Lovat
,
Electromagnetic Shielding
(
John Wiley & Sons
,
2008
), pp.
1
20
.
25.
G.
Lamporesi
,
S.
Donadello
,
S.
Serafini
, and
G.
Ferrari
,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
063102
(
2013
).
26.
G.
Colzi
,
G.
Durastante
,
E.
Fava
,
S.
Serafini
,
G.
Lamporesi
, and
G.
Ferrari
,
Phys. Rev. A
93
,
023421
(
2016
).
27.
G.
Colzi
,
E.
Fava
,
M.
Barbiero
,
C.
Mordini
,
G.
Lamporesi
, and
G.
Ferrari
,
Phys. Rev. A
97
,
053625
(
2018
).
28.

We denote saturation values in units of Tesla, 1 T = 104 G.

29.
COMSOL Multiphysics v. 5.4. www.comsol.com, COMSOL AB, Stockholm, Sweden.
30.
X.-T.
Xu
,
Z.-Y.
Wang
,
R.-H.
Jiao
,
C.-R.
Yi
,
W.
Sun
, and
S.
Chen
,
Rev. Sci. Instrum.
90
,
054708
(
2019
).
31.

The magnetized object was actually a car that was parked outside the window of our lab, so we affectionately refer to this measurement as “car-acterization” of the magnetic field.

32.
F.
Thiel
,
A.
Schnabel
,
S.
Knappe-Grüneberg
,
D.
Stollfuß
, and
M.
Burghoff
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
035106
(
2007
).
33.
M.
Tylutki
,
L. P.
Pitaevskii
,
A.
Recati
, and
S.
Stringari
,
Phys. Rev. A
93
,
043623
(
2016
).
34.
D. J.
Papoular
,
G. V.
Shlyapnikov
, and
J.
Dalibard
,
Phys. Rev. A
81
,
041603
(
2010
).
You do not currently have access to this content.