三、卡住脖子的“最后1纳米”:材料学的巅峰对决
然而,这样一个完美的设想,却被一个极其具体的技术细节卡住了脖子:如何激发它?
钍-229原子核实现能级跃迁,需要被一束波长148.3纳米的深紫外激光精确激发。问题在于,在深紫外波段(通常指波长低于200纳米),能够产生高效激光的非线性光学晶体材料,一直是世界级难题。长期以来,全球在该领域的技术天花板,始终徘徊在150纳米波长左右,就是这“最后1纳米”的差距,让核时钟的工程化应用遥不可及。
东大在该领域其实早有积淀。上世纪90年代,东大科学家发明的KBBF晶体,一度在深紫外激光领域领先全球,但也长期受困于150纳米的输出极限。这次,新疆理化所的团队成功研发的新型氟硼酸盐非线性光学晶体,实现了决定性突破:将深紫外激光的输出波长成功压缩至145.2纳米,不仅精确覆盖了钍-229核激发所需的波段,其激光能量转换效率较前代材料还提升了数倍。
这意味着,核时钟系统在运行效率、能耗控制以及未来至关重要的小型化方面,都获得了质的飞跃。这“最后1纳米”的突破,扫清了核时钟从实验室精密仪器走向潜艇实战装备的最大障碍。
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