在国家自然科学基金项目（批准号：12341401、12274253、12341404、12341402）等资助下，清华大学物理系丁世谦团队联合国内多家科研机构，利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光和掺钍-229氟化钙晶体，成功将激光频率稳定锁定至钍-229原子核跃迁，实现了核光钟的稳定闭环运行。相关成果以“锁定至钍-229的核钟（A nuclear clock synchronized to Th-229）”为题，于2026年10月7日在线发表于《自然》（Nature）期刊。该成果与欧洲研究团队同期独立完成的工作共同标志着钍-229核光钟的成功研制，是核量子精密测量领域的重要突破。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-11122-1。 高精度时间频率测量是现代信息技术、导航定位和基础物理研究的重要基础。传统原子钟利用原子电子能级跃迁作为频率参考，而核光钟则利用原子核内部的能级跃迁。由于原子核尺度远小于原子尺度，其跃迁受外界电磁环境扰动的影响较小，因而具有实现更高精度时间频率基准的潜力。钍-229具有目前已知可利用激光直接激发的特殊低能核跃迁，跃迁能量约为8.4电子伏特，对应148纳米真空紫外波长，被认为是实现核光钟的理想候选体系。然而，长期以来，缺乏满足核跃迁精密操控要求的连续波真空紫外激光，以及高质量掺钍晶体的制备困难，成为制约核光钟研制的关键瓶颈。 针对上述难题，研究团队开展了长期系统攻关，在核心光源、核素晶体制备及精密频率控制等方面取得系列突破。在前期团队自主开发的148纳米连续波超窄线宽激光基础上，团队联合中国科学院相关研究机构，突破稀缺放射性核素掺杂晶体的制备难题，仅利用1.4微克钍-229便成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体，为核光钟的实现提供了关键材料基础。研究团队进一步开展了钍-229核跃迁精密光谱测量，获得高分辨率核跃迁吸收光谱，并实现快速吸收信号读出。通过筛选窄线宽、低温度敏感性的核跃迁谱线作为频率参考，团队建立了基于核跃迁信号的激光频率反馈控制系统，首次完成了从核跃迁光谱测量到核跃迁频率基准实际运行的关键跨越。该核光钟实现了优异的短期频率稳定性，形成了从连续波真空紫外光源、掺钍晶体制备、核跃迁精密探测到核钟闭环运行的完整技术体系。 该研究成果将高精度光学频率锁定技术从原子电子跃迁拓展至原子核跃迁，为发展新一代高精度时间频率基准提供了重要实验基础。固态核光钟兼具高精度潜力与小型化、集成化优势，有望为未来复杂环境下的精密计时、先进导航定位和高端测量技术提供新途径。同时，钍-229核跃迁对基本物理常数变化等新物理效应具有较高灵敏度，相关技术的发展将为检验基本物理规律、寻找超越现有理论框架的新物理现象提供重要研究平台。该成果体现了我国科研团队在真空紫外激光、核量子精密测量及高性能功能晶体等领域的自主创新能力，也为核光钟技术的持续发展奠定了重要基础。 图 钍-229核光钟实验系统及频率闭环锁定原理示意图。 研究团队利用148纳米连续波真空紫外激光激发掺钍-229氟化钙晶体中的核跃迁，通过核跃迁吸收信号实现激光频率反馈控制与稳定锁定，构建核光钟频率基准 在国家自然科学基金项目（批准号：12341401、12274253、12341404、12341402）等资助下，清华大学物理系丁世谦团队联合国内多家科研机构，利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光和掺钍-229氟化钙晶体，成功将激光频率稳定锁定至钍-229原子核跃迁，实现了核光钟的稳定闭环运行。相关成果以“锁定至钍-229的核钟（A nuclear clock synchronized to Th-229）”为题，于2026年10月7日在线发表于《自然》（Nature）期刊。该成果与欧洲研究团队同期独立完成的工作共同标志着钍-229核光钟的成功研制，是核量子精密测量领域的重要突破。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-11122-1。 高精度时间频率测量是现代信息技术、导航定位和基础物理研究的重要基础。传统原子钟利用原子电子能级跃迁作为频率参考，而核光钟则利用原子核内部的能级跃迁。由于原子核尺度远小于原子尺度，其跃迁受外界电磁环境扰动的影响较小，因而具有实现更高精度时间频率基准的潜力。钍-229具有目前已知可利用激光直接激发的特殊低能核跃迁，跃迁能量约为8.4电子伏特，对应148纳米真空紫外波长，被认为是实现核光钟的理想候选体系。然而，长期以来，缺乏满足核跃迁精密操控要求的连续波真空紫外激光，以及高质量掺钍晶体的制备困难，成为制约核光钟研制的关键瓶颈。

针对上述难题，研究团队开展了长期系统攻关，在核心光源、核素晶体制备及精密频率控制等方面取得系列突破。在前期团队自主开发的148纳米连续波超窄线宽激光基础上，团队联合中国科学院相关研究机构，突破稀缺放射性核素掺杂晶体的制备难题，仅利用1.4微克钍-229便成功生长出毫米尺度的高质量掺钍氟化钙晶体，为核光钟的实现提供了关键材料基础。研究团队进一步开展了钍-229核跃迁精密光谱测量，获得高分辨率核跃迁吸收光谱，并实现快速吸收信号读出。通过筛选窄线宽、低温度敏感性的核跃迁谱线作为频率参考，团队建立了基于核跃迁信号的激光频率反馈控制系统，首次完成了从核跃迁光谱测量到核跃迁频率基准实际运行的关键跨越。该核光钟实现了优异的短期频率稳定性，形成了从连续波真空紫外光源、掺钍晶体制备、核跃迁精密探测到核钟闭环运行的完整技术体系。 该研究成果将高精度光学频率锁定技术从原子电子跃迁拓展至原子核跃迁，为发展新一代高精度时间频率基准提供了重要实验基础。固态核光钟兼具高精度潜力与小型化、集成化优势，有望为未来复杂环境下的精密计时、先进导航定位和高端测量技术提供新途径。同时，钍-229核跃迁对基本物理常数变化等新物理效应具有较高灵敏度，相关技术的发展将为检验基本物理规律、寻找超越现有理论框架的新物理现象提供重要研究平台。该成果体现了我国科研团队在真空紫外激光、核量子精密测量及高性能功能晶体等领域的自主创新能力，也为核光钟技术的持续发展奠定了重要基础。 图 钍-229核光钟实验系统及频率闭环锁定原理示意图。 研究团队利用148纳米连续波真空紫外激光激发掺钍-229氟化钙晶体中的核跃迁，通过核跃迁吸收信号实现激光频率反馈控制与稳定锁定，构建核光钟频率基准