核磁共振(NMR)是化学与生物领域最有力的分析手段之一。然而,传统的高场核磁共振需要体积庞大、成本高昂的超导磁体,这还导致谱线的不均匀展宽、内部自旋相互作用被截断等问题,一定程度地限制了该技术的应用。随着高灵敏度磁场探测器的出现,超低场核磁共振获得了广泛地关注。相比于高场核磁共振,超低场核磁共振具有独特优势,例如无需超导磁体、谱线绝对分辨率高、核自旋之间强耦合等。因此,它与高场核磁共振互为补充,拓宽了核磁共振在科学研究领域的应用。近期,人们利用原子磁力计开展了一系列超低场核磁共振研究,取得了令人瞩目的成果。本人基于自主搭建的超低场核磁共振谱仪,围绕“超低场核磁共振谱学及其在精密测量中的应用”这一课题开展研究,具体内容包括以下两个方面:(1)基于原子磁力计的超低场核磁共振非对称谱的理论和实验研究。针对普遍存在但尚未理解的超低场核磁共振谱线的非对称性现象,通过建立原子磁力计和核磁体系对外部弱磁场的响应模型和系统地实验测试,首次解释了超低场核磁共振非对称谱的起源,更进一步揭示了这种非对称谱蕴含的丰富的额外信息,例如原子核能级的朗德g因子、碱金属气室的光致频移场。(2)噪声辅助的量子假设检验的实验实现。在自主搭建的超低场核磁共振实验平台,通过施加特定的控制磁场,将待测磁场与噪声关联起来,实验证实了噪声可以提高检验成功率。该工作表明,在开放系统中环境影响并不总是有害的,而是可以有效利用实现更高的性能指标。为在现实环境下如何有效地完成量子信息处理任务提供了有力的证据。