Desenvolvimento de um magnetômetro vetorial atômico híbrido Rb–K: Dinâmica de spins, detecção espectral e perspectivas para magnetometria de alta sensibilidade
Este trabalho estuda, por meio de uma abordagem teórica e experimental, estratégias para o desenvolvimento de magnetômetros ópticos de alta sensibilidade baseados em vapores atômicos. A investigação teórica considera ensembles de 87 Rb e 39 K e fornece a motivação para a utilização dessas duas espécies em um sistema atômico híbrido, enquanto a investigação experimental desenvolvida até o momento é dedicada ao 87 Rb, constituindo a base para a futura implementação do sistema híbrido.
Na abordagem teórica, é estudada a dinâmica de spins de ensembles de 87 Rb e 39 K submetidos a campos magnéticos estáticos e de radiofrequência, considerando os mecanismos de bombeamento óptico, relaxação e troca de spin por meio da dinâmica da matriz densidade. São analisadas as respostas espectrais dos observáveis de interesse nos primeiros e segundos harmônicos da excitação, bem como os efeitos das interações sobre a largura e a amplitude das ressonâncias. Os resultados numéricos motivam a utilização do sistema híbrido 87 Rb– 39 K para magnetometria vetorial, indicando que o campo de radiofrequência pode quebrar a simetria da resposta e fornecer informação sobre a direção de perturbações magnéticas.
Paralelamente, são apresentados a implementação e os resultados da caracterização experimental da resposta magnética escalar de duas células de 87 Rb com diferentes quantidades de gás buffer, sob diferentes condições de bombeio e temperatura, bem como o desenvolvimento dos elementos necessários para a futura implementação do sistema híbrido, incluindo o laser de prova em 770 nm e o sistema de geração do campo de radiofrequência. Os resultados obtidos com o 87 Rb estabelecem a base experimental para a incorporação do 39 K e a realização das estratégias de magnetometria vetorial motivadas pela investigação teórica.