钍核光钟
目前最精确的时间频率标准为原子钟。通过将激光频率锁定到某些原子的外层电子跃迁上，从而实现时间频率的测量。然而，原子外层电子跃迁容易受到外部环境的影响，比如电磁场、温度变化、原子间碰撞等。为了进一步提高时间频率测量的精确度，科学家们提出了核光钟的方案。
钍核光钟基于钍-229原子核中特殊的低能级核跃迁（8.4eV）实现时间频率测量。其极低的核能级可使用波长为148nm的真空紫外激光进行锁定。由于核外电子对外部环境（电磁场、温度等）的屏蔽效应，原子核跃迁比电子跃迁更稳定，核跃迁比核外电子跃迁线宽更窄。预计钍核光钟的精度将会超过现有的原子钟，成为未来最精确的时间频率标准。
用于实现核光钟的物理体系，主要有基于囚禁钍离子的离子阱方案，惨钍晶体方案，四氟化钍薄膜方案。其中，离子阱方案是将钍三价离子使用离子阱囚禁，并通过协同冷却与激光冷却将钍三价离子冷却至几mK。在这个温度下，钍离子会形成一种被成为库伦晶体的有序结构。库伦晶体中的钍离子与环境隔绝，可以被长时间囚禁，因而是用于实现核光钟的优良体系。惨钍晶体，是将钍-229掺杂到真空紫外透明的晶体（如氟化钙，氟化镁）中，再用148nm的激光对钍-229核跃迁进行激发。惨钍晶体可实现同时对大量钍核进行激光频率锁定。然而惨钍晶体中的钍核跃迁也会受到晶体环境的影响。还有一种方案是直接使用四氟化钍薄膜，即将四氟化钍以薄膜的形式镀在氟化钙或氟化镁等真空紫外晶体的表面，然后对钍核跃迁进行激光锁定。
在获得了实现核光钟的物理体系后，下一步就是对钍核跃迁进行激发。国际上，在掺钍晶体体系中，已通过四波混频真空紫外激光、真空紫外光梳成功对钍核跃迁激发，并测量了掺钍晶体中的钍核跃迁频率。对于离子体系，所需要的真空紫外激光需要更高的功率谱密度。因而波长位于148nm的高功率连续光激光正在研发当中。另一种可行的激发方案为电子桥跃迁激发。电子桥跃迁是电子跃迁和核跃迁耦合的跃迁。通过电子桥激发，体系的核外电子态与核态会被同时改变。相比于直接激发核跃迁，电子桥跃迁可以避免对波长148nm连续激光的需求。同时，某些电子桥跃迁比直接激发核跃迁具有更大的激发几率。
本实验室的主要研究方向为发展基于囚禁钍离子的核光钟。同时也参与合作研发基于四氟化钍薄膜的核光钟。理论方面也在探索实现核光钟的钟跃迁闭合循环方案。
