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, 2 Oct 2024 17:03:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-04 15:34:04.429804
• 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
• 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: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• 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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