2023年度國家自然科學基金“229Th核鐘躍遷精密光譜及關鍵技術研究”項目

²²⁹Th核基態到同核異能態（^229mTh態）的躍遷是目前唯一可通過激光技術研究的原子核躍遷。由于該躍遷對外場不敏感，且品質因子Q高達10¹⁹，因而基于該躍遷所研制的²²⁹Th核光鐘頻率不確定度有望超過10^-19，成為新型的高精度時鐘。²²⁹Th摻雜到晶體中不影響躍遷的主要特性，有望實現結構緊湊、簡單的固體核光鐘。通過精確測量核鐘躍遷特性，還可為核物理研究提供高精度數據，并為重大基礎物理問題研究提供新的平臺。然而，目前²²⁹Th核鐘躍遷頻率測量誤差還在5 THz，已實現的真空紫外光源的功率譜密度、相干度和頻率控制精度都非常低，尚未實現該核鐘躍遷的直接激發，這是研制核光鐘的瓶頸。為推動解決核光鐘研制的科學與技術問題，突破核光鐘研制的技術瓶頸，國家自然科學基金委員會數學物理科學部設立“²²⁹Th核鐘躍遷精密光譜及關鍵技術研究”專項項目，支持該領域研究。

　　一、科學目標

　　本專項項目圍繞²²⁹Th核鐘躍遷譜線探測、摻²²⁹Th晶體制備、高相干性真空紫外激光產生與精密光頻控制等方向，組建若干科研團隊進行攻關，以期在²²⁹Th核鐘躍遷頻率測量、全固態真空紫外相干激光方面取得重大突破。

　　二、研究方向和研究內容

　　（一）同核異能態^229mTh³⁺離子的制備及核鐘躍遷頻率精確測量。

　　發展^229mTh³⁺離子的制備技術，測量同核異能態的壽命，獲得核鐘躍遷的強度和Q值；測量同核異能態的核極矩，研究電磁相互作用和強相互作用對²²⁹Th核鐘躍遷能量的影響；采用離子囚禁技術，開展²²⁹Th核鐘躍遷頻率的測量，測量精度優于1 GHz；在此基礎上，探索實現²²⁹Th核鐘躍遷激光激發的途徑。

　　（二）摻²²⁹Th晶體制備和性能研究。

　　研發摻²²⁹Th晶體生長設備和關鍵生長技術，研制出摻²²⁹Th晶體，晶體中的²²⁹Th濃度達到4×10¹⁷cm^-3, 在149nm波段透過率達到35%（@1mm厚度）；研究摻²²⁹Th晶體能譜、摻雜濃度、真空紫外光透過性能、輻射缺陷和背景噪聲之間的內在關聯；在此基礎上，開展摻²²⁹Th晶體中核鐘躍遷激光激發研究。

　　（三）基于非線性光學晶體的真空紫外激光產生。

　　開展真空紫外氟化物非線性光學晶體的生長技術研究，制備出在149 nm波段透過率不低于60%（@1 mm厚度）的高質量非線性光學晶體；基于該種晶體發展小周期結構電場極化技術和高品質因子光學微腔制備技術；研究激光非線性頻率轉換過程中的相位匹配和模式匹配原理及相關技術，實現149 nm波段的相干光源產生，激光功率達到nW量級。

　　（四）用于產生149 nm激光的窄線寬基頻光與光頻精密掃描系統。

　　研究多種非線性頻率轉換方案中功率放大后的基頻光的頻率控制方法，將基頻光的線寬壓縮到1 Hz，頻率穩定度優于1 Hz（@1秒~1天）；研究基頻光的頻率精密控制與掃描技術，激光頻率掃描范圍達到 10 GHz，基頻光的頻率控制不確定度優于1Hz；研究非線性光頻轉換的退相干效應，以及經過非線性頻率轉換后的真空紫外激光的線寬、頻率穩定度等特性。

　　三、資助計劃

　　本專項項目資助期限為4年，申請書中研究期限應填寫“2024年1月1日－2027年12月31日”。計劃資助4項，平均資助強度為250萬元左右，總資助直接經費1000萬元左右。

　　四、申請要求

　　（一）申請資格。

　　1. 具有承擔基礎研究課題的經歷；

　　2. 具有高級專業技術職務（職稱）。

　　在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

　　（二）限項申請規定。

　　1. 本專項項目申請時不計入高級專業技術職務（職稱）人員申請和承擔總數2項的范圍；正式接收申請到國家自然科學基金委員會作出資助與否決定之前，以及獲得資助后，計入高級專業技術職務（職稱）人員申請和承擔總數2項的范圍。

　　2. 申請人同年只能申請1項專項項目中的研究項目。

　　3. 其他限項申請要求按照《2023年度國家自然科學基金項目指南》“限項申請規定”執行。

　　（三）申請注意事項。

　　1. 申請書報送日期為2023年11月8日－11月14日16時。

　　2. 本專項項目申請書采用在線方式撰寫。對申請人具體要求如下：

　　(1) 申請人在填報申請書前，應當認真閱讀本申請須知、本項目指南和《2023年度國家自然科學基金項目指南》的相關內容，不符合項目指南和相關要求的申請項目不予受理。

　　(2) 申請人應根據本專項項目擬解決的具體科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、關鍵科學問題、技術路線和相應的研究經費等。

　　(3) 申請人登錄科學基金網絡信息系統http://grants.nsfc.gov.cn/（沒有系統賬號的申請人請向依托單位基金管理聯系人申請開戶），按照撰寫提綱及相關要求撰寫申請書。

　　(4) 申請書中的資助類別選擇“專項項目”，亞類說明選擇“研究項目”，附注說明選擇“科學部綜合研究項目”，申請代碼1選擇A21或A22（或其下屬代碼），申請書正文開頭應首先說明申請對應本指南中的研究方向。以上選擇不準確或未選擇的項目申請將不予受理。

　　3. 申請人應當嚴格按照《國家自然科學基金資助項目資金管理辦法》等相關規定和《國家自然科學基金項目資金預算表編制說明》的具體要求，認真編制《國家自然科學基金項目預算表》。

　　4. 申請人完成申請書撰寫后，在線提交電子申請書及附件材料。申請材料中所需的附件材料（有關證明材料、審批文件和其他特別說明要求提交的紙質材料原件），全部以電子掃描件上傳。

　　5. 依托單位應對本單位申請人所提交申請材料的真實性、完整性和合規性進行審核；對申請人申報預算的目標相關性、政策相符性和經濟合理性進行審核。具體要求如下：

　　(1) 本專項項目采用無紙化申請方式，依托單位只需在線確認并及時提交電子申請書及附件材料，無需報送紙質申請書。項目獲批準后，將申請書的紙質簽字蓋章頁裝訂在《資助項目計劃書》最后，與之一并提交。簽字蓋章的信息應與信息系統中的電子申請書保持一致。

　　(2) 依托單位完成電子申請書及附件材料的逐項確認后，應于申請材料提交截止時間前通過科學基金網絡信息系統上傳本單位科研誠信承諾書的電子掃描件（請在信息系統中下載模板，打印填寫后由法定代表人簽字、依托單位加蓋公章；若當年已上傳本單位科研誠信承諾書的電子掃描件，則不用再重新提交），無需提供紙質材料；須在項目申請截止時間后24小時內在線提交項目申請清單。

　　6. 本專項項目咨詢方式：

　　國家自然科學基金委員會數學物理科學部物理科學一處

　　聯系人：劉強、姜向偉

　　聯系電話：010-62325055、010-62327181

　　五、其他注意事項

　　（一）為實現專項項目總體科學目標，獲得資助的項目負責人應當在項目執行過程中關注與本專項其他項目之間的相互支撐關系。

　　（二）為加強項目之間的學術交流，本專項項目群將設專項項目總體指導組和管理協調組，并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人必須參加上述學術交流活動，并認真開展學術交流。