原子核物理学：固体原子核時計に向けた²²⁹ThF₄薄膜

真空紫外での²²⁹Th核異性体遷移は、50年近くにわたる探索の後、最近になって直接レーザー励起され、高い分光学的精度で測定された。この遷移を用いた原子核時計は現在の光原子時計より安定で、これを上回る性能を示す可能性がある。また、これらの原子核時計によって、標準模型を超える新しい物理の高感度な検証が期待される。これらの重要な進歩と応用を考慮すると、いくつかのプラットフォームにおける²²⁹Thの分光学的ターゲットの必要性が大幅に増加することが予想される。しかし、従来の測定に用いられている²²⁹Thドープ結晶の成長と取り扱いは、²²⁹Th材料の希少性と放射能のせいで難題であった。今回我々は、²²⁹Th材料をマイクログラムしか使わずに物理気相成長工程を用いて成長させた²²⁹ThF₄薄膜で原子核遷移のレーザー励起を行うことで、これらの問題に対する拡張可能な解決策を実証する。²²⁹ThF₄薄膜は、フォトニクス・プラットフォームや、レーザー光源や検出器と一体化するナノ製造ツールと本質的に相性がよく、典型的な²²⁹Thドープ結晶よりも放射能が最大3桁低い、一体化されたフィールド展開可能な固体原子核時計への道を開く。また、²²⁹ThF₄の高い核放出体密度は、新たな領域での量子光学研究を可能にし得る。最後に我々は、欠陥のないThF₄結晶を用いた原子核時計の性能評価を提示する。

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