論文の概要: Toward nanophotonic platforms for solid-state $^{229}$Th nuclear clocks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.20687v1
• Date: Wed, 22 Apr 2026 15:35:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-23 15:36:11.199831
• Title: Toward nanophotonic platforms for solid-state $^{229}$Th nuclear clocks
• Title（参考訳）: 固体$^{229}$Th原子核時計のためのナノフォトニックプラットフォームを目指して
• Authors: Sandro Kraemer, Karen Mamian, Toby Bi, Shun Fujii, Jan de Haan, Harshith Babu, Arno Claessens, Rafael Ferrer Garcia, Fedor Ivandikov, Piet Van Duppen, Andreas Dragoun, Christoph E. Düllmann, Christoph Marquardt, Ulrich Wahl, Bart Kuyken, Thorsten Schumm, Pascal Del'Haye, Lino M. C. Pereira, Georgy A. Kazakov, Kasper Van Gasse, Charles Roques-Carmes,
• Abstract要約: 229ドルThの低エネルギー異性体遷移に基づく全固体核時計を実現するためのナノフォトニックプラットフォームを提案する。 閉じ込められた光モードにトリウム原子核のアンサンブルを結合することにより、空洞内の共鳴場が核励起率を大幅に高めることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: While the $^{229}$Th nuclear isomer has recently been observed and laser-excited, converting optical nuclear manipulation into a chip-scale solid-state frequency standard remains an open challenge. Here, we present a nanophotonic platform to realize an all-solid-state nuclear clock based on the low-energy isomeric transition of $^{229}$Th embedded in high-$Q$ fluoride photonic resonators. By coupling ensembles of thorium nuclei to confined optical modes, we show that resonant field build-up in the cavity can substantially enhance the nuclear excitation rate, enabling optical interrogation at practical laser intensities. We model the nuclei-photon interaction dynamics and outline a technological roadmap toward addressing this challenge, including resonator fabrication in fluoride crystals, thorium implantation, nuclear excitation with integrated lasers, and on-chip detection of vacuum-ultraviolet photons. As an initial proof of concept, we implant a crystalline fluoride whispering-gallery-mode resonator with $^{229}$Th and assess the impact of implantation-induced damage on resonator performance. Our platform leverages recent advances in materials integration and nanophotonics to chart a realistic route toward compact and scalable nuclear frequency standards.
• Abstract（参考訳）: 最近、$^{229}$Th核異性体が観測され、レーザー励起され、光学的核操作をチップスケールの固体周波数標準に変換することは、未解決の課題である。 ここでは、高Q$フッ化物フォトニック共振器に埋め込まれた$^{229}$Thの低エネルギー異性体転移に基づいて、全固体核時計を実現するためのナノフォトニックプラットフォームを提案する。 閉じ込められた光モードにトリウム原子核のアンサンブルを結合することにより、空洞内の共振場が核励起率を大幅に高め、実用的なレーザー強度での光学的尋問を可能にすることを示す。 我々は、核-光子相互作用のダイナミクスをモデル化し、フッ化物結晶の共振器製造、トリウム注入、集積レーザーによる核励起、真空紫外光子のオンチップ検出など、この課題に対処するための技術ロードマップを概説する。 まず, 結晶性フッ化物whispering-gallery-mode共振器を$^{229}$Thで埋込み, 埋込みによる損傷が共振器性能に及ぼす影響を評価する。 我々のプラットフォームは、材料統合とナノフォトニクスの最近の進歩を活用して、コンパクトでスケーラブルな核周波数標準への現実的なルートをグラフ化しています。

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