229ThF4 thin films for solid-state nuclear clocks
经过近 50 年的探索，真空紫外线229Th 核异构体转变最近被直接激光激发，并以高光谱精度进行测量。基于此转换的核时钟有望更加稳健，than 和 may 跑赢大盘，当前的光学原子钟。
这些时钟还承诺对标准模型之外的新物理场进行敏感测试.鉴于这些重要的进步和应用，对229预计多个平台中的 Th 光谱靶标。然而，高浓度的生长和处理229Th-doped 晶体，用于以前的测量具有挑战性，因为229Th 材料。
在这里，我们通过在229总谐波失真4使用物理气相沉积工艺生长的薄膜，仅消耗微克229Th 材料。这229总谐波失真4薄膜与光子学平台和纳米制造工具本质上兼容，可与激光源和探测器集成，为集成和可现场部署的固态核钟铺平了道路，其放射性比典型值小三个数量级229Th-doped 晶体.核发射器密度高229总谐波失真4也有可能在新的制度下进行量子光学研究。最后，我们提出了基于无缺陷 ThF 的核钟性能估计晶体。
研究现状
1：这229几十年来，原子核一直是广泛科学研究的主题，因为它在大约 8.4 eV 时具有显着的低能同分核跃迁。此功能可实现精确的激光光谱分析，并为几个重要应用提出了建议，包括核光钟的开发.特别令人感兴趣的是固态核时钟。可以通过将原子核紧密限制在高带隙晶格中来构建。
2：这种限制实现了基于激光的无后坐力穆斯堡尔光谱，而无需复杂的激光冷却和捕获技术。由于核电磁矩小，核钟跃迁频率对晶体宿主中的外部扰动仍然相对不敏感。探测宏观量 （>1012） 的229Th 原子 in a solid 承诺出色的计数统计和良好的时钟稳定性。基于这种固态的光钟229因此，该样品因其潜在的稳定性和简单性而非常适合现场应用。
取得的进步
1：最近，该领域取得了快速进展。直接激光激发和核时钟跃迁的测量1,2被证明;随后，参考87Sr 时钟3使用真空紫外 （VUV） 频率梳进行，以确定到 10−12水平。这些实验为基于229Th 掺杂到高带隙晶体中。然而，稀缺性和放射性229这使得晶体生长过程复杂化。
2：229Th 是一种不受控制的材料，天然不存在，无法方便地生产，并且在医学研究中已经有很高的需求21.尽管估计的世界存量229具有合理同位素纯度的 Th 为 40 g，大部分与其他化学元素混合，例如233你，因此不容易获得。的229研究人员可用的晶体通常最多只有几毫克，因此需要具有挑战性的小型化晶体生长技术。为了获得具有足够229Th 掺杂剂密度。
3：此外，鉴于切割和抛光技术需要尺寸为毫米级的晶体，这些晶体的放射性通常为 ≳10 kBq。这种水平的放射性需要适当的辐射安全预防措施，并限制核钟的扩散。
