在地球磁场下原子十六极的产生与探测

原子态的各向异性由塞曼子能级之间的布居数差和相干性表征。它可以通过与光的共振相互作用被高效产生和探测，这一技术是现代原子钟和磁力计的核心。最近，非线性磁光技术已被开发用于在碱金属原子基态中选择性地产生和探测高阶极矩，即十六极和六十四极。将这些技术扩展至地磁场范围对实际应用具有重要意义。这是因为对应于 $\Delta M=4$ 塞曼相干性的十六极极矩（对于电子角动量 $J=1/2$ 和核自旋 $I=3/2$ 具有最大可能的 $\Delta M$）对非线性塞曼效应（NLZ）不敏感。这尤其引人关注，因为 NLZ 通常会导致原子磁力计中的共振分裂和系统误差。然而，由十六极矩引起的光信号随磁场急剧衰减。我们报道了一种新方法，能够选择性地产生宏观且长寿命的基态十六极极矩。利用地球磁场下的 F=2 $^{87}$Rb 原子，演示了十六极信号对 NLZ 的免疫性。