Die Funktion von Atomuhren beruht auf den Übergängen verschiedener Zustände von Valenzelektronen. Hierfür ist es notwendig, die Atome mit optischen oder elektrischen Fallen zu fangen und zu isolieren. Kernuhren hingegen verwenden Kernübergänge. Aufgrund der Tatsache, dass der Kern größtenteils unbeeinflusst von den Valenzelektronen bleibt, ist es hier nicht nötig die Atome zu isolieren. In unserem Labor entwickeln wir eine Kernuhr durch Dotieren von ²²⁹Th in VUV-transparentes CaF₂ (Calciumfluorid). Die aufwendige Vakuum Anlage zum Fangen und Kühlen der Atome, kann ersetzt werden durch einen mit ²²⁹Th dotierten Einkristall.

In der Festkörper-Kernuhr sind die ²⁹Th Ionen im 4+ Zustand und besitzen keine Valenzelektronen. Dadurch ist es nicht möglich das konventionelle „Electron Shelving“ Ausleseschema bei Ionen anzuwenden, die in einen CaF₂ Kristall dotiert wurden.

Ziel des CRYSTALCLOCK Projektes ist es, ein alternatives Ausleseschema zu entwickeln. Wenn ²²⁹Th Atome in den CaF₂ Kristall dotiert werden, teilt der Feldgradient die Kernzustände in verschiedene Quadrupol-Niveaus.

Der Grundzustand und Isomer-Zustand haben unterschiedliche Kernspins, beziehungsweise I_gr=5/2 und I_is=3/2. Kernquadrupolresonanz-Spektroskopie (NQRS) kann die Kernquadrupol-Aufspaltung messen, welche sich entscheidend ändert, wenn der Kern angeregt ist. Dadurch kann NQRS verwendet werden, um die Population jener Kerne zu messen, welche vom Laser der Kernuhr angesprochen wurden.

Um die Machbarkeit des Konzeptes zu demonstrieren haben wir einen mit Neptunium-237 dotierten CaF₂ Kristall gezüchtet. Das Mössbauer Spektrum wurde in ActUsLab, JRC, Karlsruhe gemessen

Wir entwickeln das Thorium-229 Kryogen-NQR-Spektrometer am Atominstitut, TU Wien.