يواجه القياس الدقيق للمجالات الكهربائية منخفضة التردد تحديات مستمرة في المجال العلمي، حيث تجد التقنيات الحالية صعوبة في تحقيق الأهداف الرئيسية مثل المعايرة الدقيقة، والتقليص في الحجم، والكشف المتزامن عن شدة واتجاه المجال الكهربائي.

تعد ذرات ريدبيرج، بفضل عزمها ثنائي القطب الكبير وحساسيتها للمجالات الكهربائية، مرشحة مثالية لبناء أجهزة استشعار عالية الدقة في القياس الكمي. التقنيات التقليدية مثل مطيافية الشفافية الكهرومغناطيسية لغرف البخار، بسبب استخدامها لغاز ذري، تؤدي إلى تأثيرات مثل توسع دوبلر وتوسع التصادم، مما يحد من دقة الدقة الطيفية وقياس المقاييس المكانية.

اقترح فريق بحثي من جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة طريقة جديدة تستخدم سلسلة من ذرات ريدبيرج المتفاعلة للكشف عن المجالات الكهربائية منخفضة التردد. لا تعتمد هذه الطريقة على الغازات السائبة، بل تركز على الاستجابة الجماعية لسلسلة الذرات للمجال الكهربائي الخارجي. عند تطبيق مجال كهربائي، فإنه يغير اتجاه محور التكميم للذرات، مما يؤثر على التفاعلات بين الذرات عبر تبادل ثنائي القطب، وتحمل هذه التغيرات معلومات عن شدة واتجاه المجال الكهربائي.

طور الباحثون ثلاث تقنيات قياس تكميلية: تتبع سرعة انتشار الإثارة في السلسلة لتحليل الديناميكيات، وفحص طيف رامسي الذي يعكس البنية الطاقية للنظام، واستخدام طريقة دالة غرين لتحليل طيف النفاذية في مجال التردد. من خلال الجمع بين هذه التقنيات، يمكن لهذه الطريقة التقاط تفاصيل المجال الكهربائي بشكل شامل عبر الزمن والطاقة والتردد، مما يحقق قياسات أكثر دقة من الطرق التقليدية.

يُفتح هذا الاستراتيجية الطريق لتطوير أجهزة استشعار كمية مضغوطة وقابلة للبرمجة، تجمع بين إمكانية التتبع، والدقة المكانية على مستوى الميكرومتر، وقدرة الكشف عن الاتجاه. نُشر البحث ذو الصلة تحت عنوان "قياس الكهرباء المتجهية منخفضة التردد باستخدام سلاسل ثنائية القطب لريدبيرج" في مجلة Frontiers of Optoelectronics.