利用 Pound-Drever-Hall 原子磁力计研究趋磁细菌种群
原子物理
2025-10-13 v1 量子物理
摘要
我们展示了一种利用 Pound-Drever-Hall（PDH）技术监测自旋极化的光泵磁力计。该仪器的噪声底为 22.2 pT/sqrt(Hz)，受限于光光子散粒噪声；短期不稳定性为 30.8 pT/sqrt(Hz)/sqrt(τ)（平均时间 τ < 0.2 s），在 0.2 s < τ < 20 s 时不稳定性低于 70 pT，在 τ = 6 s 时达到最低不稳定性 47 pT。我们将该光泵磁力计应用于研究趋磁细菌（Magnetospirillum gryphiswaldense, MSR-1）在外加磁场中的定向能力。观测到不透明的浓缩悬浮液时，我们在二次时间尺度上检测到偏离指数弛豫动力学的现象，这些现象提供了关于细菌磁矩分布和旋转阻尼系数的信息。随着种群因蒸发和沉降而进一步浓缩，这些参数也在演化。据我们所知，这是首次直接观测到此类磁不均匀性和长期弛豫偏离。本研究展示了光泵磁力计的灵敏度和稳定性，以及其在探测生物物理过程中的潜力。
引用
@article{arxiv.2510.09419,
title = {Magnetotactic bacterial populations studied with a Pound-Drever-Hall atomic magnetometer},
author = {María Hernández Ruiz and Christopher Kiehl and Vito Giovanni Lucivero and Morgan W. Mitchell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.09419},
year = {2025}
}