近日，清华大学副教授丁世谦团队成功研制出钍-229核光钟并在国际上率先实现运行。北京时间10月7日晚，相关成果论文在国际学术期刊《自然》(Nature)上线发表。
据悉，团队利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光，以及与合作团队共同研制的掺钍-229氟化钙晶体，实现钍-229核跃迁吸收光谱测量，并将激光频率稳定锁定至核跃迁，实现核光钟运行，从而建立起从核心光源、核钟晶体、核跃迁光谱到闭环运行的完整技术体系。
在核光钟研制过程中，丁世谦团队攻克多个难题。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核跃迁的核心光源难题；在多方协同攻关下，团队开展微量钍-229掺杂小体积晶体研制，使用当时仅有的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，以极少的核素资源满足了核光钟研制需求。
丁世谦受访时指出，核光钟有望成为继原子微波钟和原子光钟之后的新一代时间频率标准，是当前量子精密测量领域的重要前沿。
他介绍称，当前，原子光钟和原子微波钟利用原子中的电子跃迁，分别提供了最精确和最实用的时间计量。核光钟则利用钍-229原子核内部跃迁作为频率参考。由于原子核尺度远小于原子尺度，核跃迁受外界电磁环境扰动的影响更小，因而原理上有望提供比原子光钟更高精度的时间频率基准。
“同时，固态核光钟具有潜在的小型化和工程化优势，有望为卫星导航、深空探测和国防安全等场景中的高精度时间频率需求提供实用的技术选择。”丁世谦说。
丁世谦表示，钍-229核跃迁对基本常数变化等新物理效应具有显著增强的灵敏度，核光钟可为检验基本物理规律提供新的精密探测平台。核光钟的实现还意味着量子操控的能力深入到原子核尺度，为量子精密测量和量子操控开辟新的研究方向。
