我科研团队率先实现核光钟运行
科技日报北京10月7日电 (记者华凌)记者7日从清华大学获悉,科研该校物理系丁世谦团队依托自主研制的团队148纳米连续波真空紫外激光,以及与合作团队共同研制的率先掺钍-229氟化钙晶体,将激光频率锁定至核跃迁,实现实现核光钟运行,核光推动量子精密测量由电子跃迁拓展至原子核跃迁。钟运相关成果7日在线发表于《自然》杂志。科研该工作与欧洲团队同期完成,团队在国际上率先实现了钍-229核光钟的率先运行。
原子光钟利用原子中的实现电子跃迁获取时间基准,而核光钟利用钍-229原子核内部跃迁作为频率参考,核光受外界电磁环境扰动更小,钟运原理上有望实现更高计时精度。科研不仅如此,团队固态核光钟还具备潜在的率先小型化和工程化优势,有望为卫星导航、深空探测等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择,是当前量子精密测量领域国际竞争的重要前沿。同时,核光钟可为检验基本物理规律提供新的精密探测平台,它的实现还意味着量子操控的能力深入到原子核尺度。
然而,长期以来,核光钟研制面临两大难题:缺少148纳米连续波激光,以及钍-229核素稀缺。该研究团队在国际上首次研制出148纳米连续波真空紫外激光,解决了精确驱动钍-229核跃迁的光源瓶颈。面对核素受限难题,在多方协同攻关下,团队使用仅有的1.4微克钍-229一次性成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体,其单次生长所用核素仅约为欧洲团队的二百分之一。团队完成了核跃迁光谱测量与频率闭环锁定,实现了从测量核跃迁到用核跃迁计时的关键跨越。同时,团队实现的核光钟秒级稳定度优于同期欧洲团队近一个数量级。
据介绍,该成果构建起从光源、晶体、光谱测量到闭环运行的完整技术体系,是我国科学界具有标志性意义的重大原创突破。
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