Μια σημαντική επιστημονική εξέλιξη έρχεται από τη Σιντζιάνγκ, όπου ερευνητές δημιούργησαν τον πρώτο κρύσταλλο παγκοσμίως ικανό να παράγει το υπεριώδες φως που απαιτείται για τα πυρηνικά ρολόγια θορίου. Αυτά τα πρωτοποριακά ρολόγια, που αναπτύσσονται σε Ηνωμένες Πολιτείες, Κίνα και αλλού, υπόσχονται να αλλάξουν τον τρόπο που πλοηγούμαστε, προσφέροντας εναλλακτική λύση στο GPS για υποβρύχια και διαστημικές αποστολές.

Το νέο υλικό, μια φθοριωμένη ένωση βορικού οξέος, μπορεί να ωθήσει το φως λέιζερ σε ένα ρεκόρ 145,2 νανόμετρων (nm). Αυτό το μήκος κύματος είναι αρκετά μικρό για να καλύψει μια βασική προϋπόθεση για αυτά τα εξαιρετικά ακριβή και φορητά ρολόγια. Η ανακάλυψη αυτή ξεπερνά τα προηγούμενα επιτεύγματα του κρυστάλλου καλίου-βηρυλλίου-φθοροβορικού, που είχε αναπτυχθεί στην Κίνα τη δεκαετία του 1990 και μπορούσε να φτάσει μόνο περίπου τα 150nm, ελαφρώς πιο μακριά από τον στόχο των 148,3nm.

Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο Advanced Materials τον Ιανουάριο, ανοίγει νέους δρόμους για τον σχεδιασμό υλικών υπεριώδους ακτινοβολίας επόμενης γενιάς. “Ανοίγει τον δρόμο για την πρακτική ανάπτυξη του πυρηνικού ρολογιού θορίου-229”, ανέφερε η ομάδα με επικεφαλής τον Pan Shilie στο Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry.

Τα πυρηνικά ρολόγια, σε αντίθεση με τα ατομικά που χρησιμοποιούν ηλεκτρόνια, χρονομετρούν με βάση τις δονήσεις μέσα στον ατομικό πυρήνα. Εφόσον ο πυρήνας επηρεάζεται λιγότερο από το περιβάλλον, ένα πυρηνικό ρολόι μπορεί να επιτύχει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε περιοχές όπου το GPS δεν λειτουργεί, όπως το βαθύ διάστημα ή το υποθαλάσσιο περιβάλλον.

Η πρόκληση ήταν πάντα η παραγωγή του ακριβούς μήκους κύματος υπεριώδους φωτός. Οι επιστήμονες μπορούν είτε να κατασκευάσουν πολύπλοκα συστήματα λέιζερ εργαστηριακού μεγέθους, είτε να χρησιμοποιήσουν ειδικούς κρυστάλλους που λειτουργούν σαν “μαγικές πέτρες”, μετατρέποντας πιο κοινό φως λέιζερ στο επιθυμητό μήκος κύματος.

Η εύρεση ενός τέτοιου κρυστάλλου είναι δύσκολη, καθώς το υλικό πρέπει να ικανοποιεί ταυτόχρονα αντικρουόμενες απαιτήσεις: να επιτρέπει τη διέλευση του υπεριώδους φωτός, να κάμπτει το φως σωστά και να το μετατρέπει αποτελεσματικά. Η ομάδα της Σιντζιάνγκ εφάρμοσε μια πιο στοχευμένη στρατηγική σχεδιασμού, ρυθμίζοντας τα χημικά δομικά στοιχεία των φθοριωμένων κρυστάλλων βορικού οξέος ώστε να εξισορροπούνται οι ανταγωνιστικές απαιτήσεις.

Ένας από τους νέους κρυστάλλους ξεχώρισε, φτάνοντας τα 145,2nm με αποδοτικότητα μετατροπής πολλαπλάσια σε σχέση με τα συμβατικά υλικά. Αυτό σημαίνει ότι περισσότερο φως λέιζερ μετατρέπεται στην ακριβή υπεριώδη ακτινοβολία που απαιτείται, καθιστώντας το σύστημα πιο αποτελεσματικό και εύχρηστο.

Η εργασία αυτή προσφέρει επίσης μια πιο συστηματική προσέγγιση στο σχεδιασμό τέτοιων κρυστάλλων, απομακρύνοντας τον τομέα από τη μέθοδο δοκιμής και λάθους. Αν το υλικό παραχθεί αξιόπιστα και σε μεγάλη κλίμακα, θα μπορούσε να βοηθήσει στη συρρίκνωση των συστημάτων πυρηνικών ρολογιών από εργαστηριακές διατάξεις σε συμπαγείς συσκευές.