2024-12-20 06:16 点击次数：149
科学家们正在拓荒使用四氟化钍薄膜的核时钟白丝 足交，与以前的型号比较，它的放射性更低，老本更低，可能会透彻改换精准计时。
这项新工夫是由一个互助相干小组独创的，它使更容易获取和可推广的核时钟可能很快就会卓著施行室环境，参加电信和导航等骨子哄骗领域。
核时钟工夫的打破
寻求超精准计时的科学家们转向了核时钟。与依赖电子跃迁的光学原子钟不同，核钟测量原子核内的能量跃迁。这些核跃迁受外力的影响要小得多，从而在计时方面提供了无与伦比的准确性。
干系词，制造这样的时钟一直具有挑战性。钍-229是核钟的一种关节同位素，它很惊奇，具有放射性，何况传统上需要大宗获取，老本高得令东谈主望而生畏。
在今天（12月18日）发表在《天然》杂志上的一项新相干中，由JILA和NIST相干员、科罗拉多大学博尔德分校物理学西宾叶俊（音译）引导的一个相干小组，以及来自加州大学洛杉矶分校物理与天文体系的Eric Hudson西宾的团队，拓荒了一种打破性的设施。他们制造了四氟化钍（ThF₄）薄膜，使核时钟的放射性裁减了一千倍，价钱也大大裁减。
薄膜的成功使用秀雅着核时钟发展的一个潜在鼎新点。在核时钟中使用薄膜工夫与半导体和光子集成电路相配，这标明异日的核时钟可能更容易获取和推广。
叶西宾说：“核时钟的一个关节上风是它们的便携性，为了充分开释这样一个有诱导力的后劲，咱们需要使系统更紧凑，更低廉，对用户更辐射友好。”
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核钟表制造的老本
几十年来白丝 足交，JILA一直处于原子和光学时钟相干的前沿，叶西宾的施行室在鼓吹光学晶格时钟的主张，野心和捏行方面作念出了草创性的孝顺，为精密计时设定了新的法度。
近50年来，物理学家一直试图不雅察钍-229的能量滚动。2024年9月，叶西宾施行室的相干东谈主员申诉了第一个核跃迁的高划分率光谱，并基于JILA Sr光学晶格时钟战胜了充足频率。他们的相干效果看成封面著作发表在《天然》杂志上。
为了诞生他们的核时钟装配，相干小组与维也纳大学的相干东谈主员互助，使用放射性钍-229晶体。
“晶体的滋长自己即是一门艺术，咱们在维也纳的互助者花了许多年的尽力来滋长一个漂亮的单晶体来进行测量，”张传坤（音译）诠释注解说，他是JILA的相干生，亦然《天然》两篇相干的第一作家。
以前使用掺钍晶体的设施需要更多的放射性物资。由于钍-229不竭是通过核衰变从铀中获取的，这导致了格外的辐射安全和老本接头。
“按分量磋商，钍-229比我当年相干过的一些定制卵白质更崇高，”JILA博士后相干员杰克·希金斯（Jake Higgins）补充说，他也参与了这个模样，“是以咱们必须用尽可能少的材料来完成这项使命。”相干东谈主员与科罗拉多大学博尔德分校的环境健康与安沿路门密切互助，安全地建造和相干他们的核时钟。
在相干小组尽力不雅察掺钍晶体中的核跃迁的同期，他们还在寻找设施，通过拓荒薄膜涂层来减少所需的放射性钍的数目，使时钟更安全，更经济。
挥发钍
为了坐褥薄膜，相干东谈主员使用了一种称为物理气相千里积（PVD）的工艺，该工艺包括在一个房间里加热氟化钍直到它挥发。然后，挥发的原子在基底上凝华，变成一层薄而均匀的氟化钍，厚度约为100纳米。相干东谈主员遴荐蓝相持和氟化镁看成衬底，因为它们对用来引发核跃迁的紫外线是透明的。
“要是咱们有一个衬底相配近，挥发的氟化钍分子斗争衬底并粘在上头，是以你得到一个漂亮的，均匀的薄膜，”相干东谈主员说。
这种设施只使用了微克的钍-229，使居品的放射性裁减了千分之一，同期产生了精细的活性钍核层。相干东谈主员与JILA凯克计量施行室和JILA仪器制造商金·哈根互助，可靠地再现了不错用激光测试潜在核跃迁的薄膜。
薄膜核时钟的后劲和挑战
干系词，团队靠近着新的挑战。在晶体中，每个钍原子王人处于有序的环境中，而薄膜不同，在钍环境中产生了变化，改换了它们的能量妥洽，使它们变得不那么一致。
JILA的相干生杰克·多伊尔也参与了这项相干，他诠释注解说：“沃尔夫冈·泡利有传言说‘天主发明了体积，名义是妖怪’，但他也可能这样说，因为关于一个特定的名义来说，难以了解的成分数目是浩大的。”
在准备好这些薄膜后，JILA的相干东谈主员将它们送到加州大学洛杉矶分校的埃里克·哈德森西宾那处，后者使用了一种光谱宽度大得多的高功率激光器来测试核跃迁。这种广谱激光器将其整个的光功率汇注在一个光谱位置，而不是在较大的光谱距离上有限定隔断的光谱线的频率梳。这使得加州大学洛杉矶分校的相干小组概况灵验地引发钍原子核，尽管不雅察到的线宽比之前相干中看到的更宽。当激光的能量恰恰与跃迁所需的能量相匹配时，原子核就会开释光子，并收缩到本来的景色。通过检测这些辐射的光子，相干东谈主员不错阐发成功的核引发，考据薄膜看成核时钟频率参考的后劲。
“咱们制作了薄膜，咱们对其进行了表征，它看起来相配好，”JILA相干生田黄（音译）诠释注解说，他也参与了这项相干。“看到核衰变信号如实存在，确凿太酷了。”
精密计时的异日
基于他们的发现，相干东谈主员对在核时钟中使用薄膜获取的精准计时的改造感到旺盛。
希金斯诠释注解说：“在固态中使用时钟的总体上风，与在俘获离子环境中使用时钟违反，是原子的数目要多得多。”“离子阱中的原子比骨子存在的原子多出几个数目级，这有助于普及你的时钟褂讪性。”
此外，这些薄膜还不错使核计时变得工致便携，从而使其卓著施行室环境。
“思象一下你不错戴在手腕上的东西，”相干东谈主员说。“你不错思象，在远方的异日，整个东西王人能微型化到那种进度。”
天然这种水平的便携性仍然是一个远方的磋商，但它不错透彻改换依赖精准计时的行业，从电信到导航。要是行运的话，它以致可能告诉咱们新的物理学。
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