論文の概要: $^{229}\mathrm{ThF}_4$ thin films for solid-state nuclear clocks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.01753v1
- Date: Wed, 02 Oct 2024 17:03:06 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-03 15:19:45.959756
- Title: $^{229}\mathrm{ThF}_4$ thin films for solid-state nuclear clocks
- Title（参考訳）: $^{229}\mathrm{ThF}_4$薄膜の固体核時計への応用
- Authors: Chuankun Zhang, Lars von der Wense, Jack F. Doyle, Jacob S. Higgins, Tian Ooi, Hans U. Friebel, Jun Ye, R. Elwell, J. E. S. Terhune, H. W. T. Morgan, A. N. Alexandrova, H. B. Tran Tan, Andrei Derevianko, Eric R. Hudson,
- Abstract要約: 真空紫外229ドルTh核異性体遷移に基づく原子時計は、現在の光学原子時計よりも頑丈であることが期待されている。
高濃度の229ドルThドープ結晶の成長と取扱いは、229ドルのTh材料の不足と放射能のために困難である。
ここでは, 物理的蒸着法で成長した229ドルThF$_4$薄膜において, 核移行のレーザー励起を示すことにより, 潜在的にスケーラブルな解を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7647724933565789
- License:
- Abstract: After nearly fifty years of searching, the vacuum ultraviolet $^{229}$Th nuclear isomeric transition has recently been directly laser excited [1,2] and measured with high spectroscopic precision [3]. Nuclear clocks based on this transition are expected to be more robust [4,5] than and may outperform [6,7] current optical atomic clocks. They also promise sensitive tests for new physics beyond the standard model [5,8,9]. In light of these important advances and applications, a dramatic increase in the need for $^{229}$Th spectroscopy targets in a variety of platforms is anticipated. However, the growth and handling of high-concentration $^{229}$Th-doped crystals [5] used in previous measurements [1-3,10] are challenging due to the scarcity and radioactivity of the $^{229}$Th material. Here, we demonstrate a potentially scalable solution to these problems by demonstrating laser excitation of the nuclear transition in $^{229}$ThF$_4$ thin films grown with a physical vapor deposition process, consuming only micrograms of $^{229}$Th material. The $^{229}$ThF$_4$ thin films are intrinsically compatible with photonics platforms and nanofabrication tools for integration with laser sources and detectors, paving the way for an integrated and field-deployable solid-state nuclear clock with radioactivity up to three orders of magnitude smaller than typical \thor-doped crystals [1-3,10]. The high nuclear emitter density in $^{229}$ThF$_4$ also potentially enables quantum optics studies in a new regime. Finally, we describe the operation and present the estimation of the performance of a nuclear clock based on a defect-free ThF$_4$ crystal.
- Abstract（参考訳）: 50年近く検索した後、真空紫外$^{229}$Th核異性体遷移は、レーザー励起[1,2]を直接励起し、高分光精度で測定した[3]。
この遷移に基づく原子時計は、[6,7]の光原子時計よりも頑丈な[4,5]と期待されている。
彼らはまた、標準モデル[5,8,9]を超えた新しい物理学の感度テストも約束している。
これらの重要な進歩と応用を踏まえて、様々なプラットフォームにおける$^{229}$Th分光ターゲットの必要性が劇的に増加することが期待されている。
しかし, 従来測定した[1-3,10]の高濃度結晶[5]の成長と処理は, 約129ドルTh材料の不足と放射能のため困難である。
ここでは, 物理的蒸着法により成長したThF$_4$薄膜において, 原子核遷移のレーザー励起を示すことにより, これらの問題に対する潜在的にスケーラブルな解を実証する。
この$229}$ThF$_4$薄膜は、レーザー源や検出器と統合するためのフォトニクスプラットフォームやナノファブリケーションツールと本質的に互換性があり、通常のソードープ結晶([1-3,10])よりも3桁小さい放射能を持つ、電界分解可能な固体核時計への道を開いた。
$^{229}$ThF$_4$の高核エミッター密度は、新しい状態における量子光学の研究を可能にする可能性がある。
最後に, 欠陥のないThF$_4$結晶を用いた核時計の性能評価について述べる。
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