近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部激光晶體研究中心團(tuán)隊(duì)，基于密度泛函理論計(jì)算和晶體生長實(shí)驗(yàn)研究了摻釷氟化鋰鋇晶體作為一種新型固體核光鐘候選材料的可行性及潛力，相關(guān)成果以“Feasibility and potential of a thorium-doped barium-lithium-fluoride single crystal as a candidate for solid-state nuclear optical clock material”為題發(fā)表于Physical Review A，并獲編輯推薦。

摻釷（Th）晶體是發(fā)展固態(tài)核激光光譜學(xué)和固體核光鐘的關(guān)鍵核心材料。研發(fā)在Th離子摻雜、VUV透過性能、抗輻照損傷和背景發(fā)光噪聲等方面具有綜合優(yōu)勢的摻 Th 晶體對于該領(lǐng)域的發(fā)展十分重要。氟化鋰鋇（BaLiF3）晶體是一種具有立方反鈣鈦礦構(gòu)型的真空紫外（VUV）透明晶體，該晶體具有寬的光學(xué)帶隙、高的VUV透過率、良好的激光耐久性和低的熔點(diǎn)，是一種很有前途的窗口材料。然而，其能否作為Th離子的宿主晶體并成為一種新型固體核光鐘候選材料，尚未被研究過。

研究團(tuán)隊(duì)采用密度泛函理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究了Th:BaLiF3晶體作為一種固體核光鐘候選材料的可行性及潛力。研究表明，232Th:BaLiF3晶體能夠?qū)崿F(xiàn)Th 離子的有效摻雜（>1018 cm-3），并且在核躍遷波段保持了良好的透過性能（~50%@150nm&1 mm），可以作為一種潛在的固體核光鐘候選材料。但研究也指出，該體系對于Th離子的摻雜能力總體有限，在生長具有可用摻雜水平的晶體時(shí)，會消耗并浪費(fèi)較多的Th原料，因此在目前229Th原料受限的條件下，不宜進(jìn)一步開展摻229Th:BaLiF3晶體的生長實(shí)驗(yàn)研究。

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圖.1 Th:BaLiF3晶體的理論模型