Laser Mössbauer spectroscopy of 229Th in CaF2


Mössbauer spectroscopy is widely used in chemistry, geology, and solid-state physics to probe the local physical and chemical environment of nuclei in materials. Here, we extended this technique into the optical range using a vacuum ultraviolet laser to probe the low-energy nuclear transitions of thorium-229 (229Th) doped in calcium fluoride (CaF2) crystals. We discovered four distinct doping sites for the thorium ions, determined the characteristic electric field gradients emerging from the interaction with the host crystal, and identified the microscopic structure of the two dominant configurations. Site-selective laser excitation enabled the study of the isomeric state lifetime and laser-induced quenching for all sites. This technique provides a powerful probe of the nuclear environment, yielding foundational data for designing future solid-state nuclear clocks.

6813

Science

Mössbauer spectroscopy is widely used in chemistry, geology, and solid-state physics to probe the local physical and chemical environment of nuclei in materials. Here, we e...

Недавно команда Такахиро Хираки из Университета Окаямы (Япония) исследовала лазерную мёссбауэровскую спектроскопию тория-229 во фториде кальция. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Science 20 августа 2026 года.Мёссбауэровская спектроскопия широко применяется в химии, геологии и физике твёрдого тела для исследования локального физического и химического окружения атомных ядер в материалах.Исследовательская группа расширила эту технику в оптический диапазон, используя вакуумный ультрафиолетовый лазер для детектирования низкоэнергетического ядерного перехода тория-229 (²²⁹Th), внедрённого в кристалл фторида кальция (CaF₂). В результате были обнаружены четыре различные позиции легирования ионов тория, определены характерные градиенты электрического поля, возникающие из-за взаимодействия с кристаллической матрицей, и идентифицированы микроструктуры двух основных конфигураций. Благодаря селективному по позициям лазерному возбуждению группа смогла проанализировать времена жизни изомерного состояния для всех позиций и эффекты лазерно-индуцированного тушения. Эта технология предоставляет мощный инструмент для зондирования ядерного окружения и закладывает ключевую базу данных для будущего дизайна твердотельных ядерных часов.

Laser Mössbauer spectroscopy of 229Th in CaF2

Authors

Takahiro Hiraki

Takahiko Masuda

Sayuri Takatori

Fabian Schaden

Michael Bartokos

Kjeld Beeks

Yuta Fukunaga

Andreas Grüneis

Ming Guan

Georgy Kazakov

We recommend that you study