ナノファイバートラップ中の個数制御された原子・分子を用いた少数多体系物理の研究

• Project/Area Number: 14J02311
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 加藤 真也 早稲田大学, 理工学研究科, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2016: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 量子光学 / ナノ光ファイバー / 共振器量子電磁力学 / ナノフォトニクス

Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続き、ナノファイバートラップを用いた実験を行った。とりわけ、課題であった少数多体系物理の探求に向けて、複数の実験装置を協調動作させる必要から、今年度の大きな部分を複数の装置開発およびそれらの協調動作に向けた新規システムの開発にあてた。ナノファイバートラップに関する実験技術も、従来の光トラップに比べ開発されて日も浅い中で、様々な工夫を追加しこれまでよりも多くの原子をトラップ、光と相互作用させることに成功した。さらに、十分高性能なナノファイバーを超高真空槽内に設置し、先のナノファイバートラップと組み合わせる最先端の装置を２台作製した。それぞれのナノファイバートラップとファイバーブラッググレーティングと呼ばれる光ファイバーに直接埋め込まれたミラーを組み合わせ、光共振器を構成、それらとレーザー冷却システムを統合し、原子と共振器中の電磁場との結合を評価した。その結果として作製した２台ともで原子と共振器が結合している様子を観測した。これらの新規立ち上げした装置で今後の実験に耐えうる性能を確認した点は将来の発展を考えても大変重要な成果といえる。また、本研究のように複数台の独立したレーザー冷却システムを協調動作させる実験は世界的に見てもあまり例がなく、それらを踏まえても開発段階として十分な成果をあげられたと判断している。さらにそれらに加え、旧来の装置でのイッテルビウム原子の特性を活かした成果に関する論文も受理され、今後の発展的な実験に向けて着実に成果を上げたと言える。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Laser spectroscopic probing of coexisting superfluid and insulating states of an atomic Bose- Hubbard system (2016)
  • Author(s): S. Kato, K. Inaba, S. Sugawa, K. Shibata, R. Yamamoto, M. Yamashita, and Y. Takahashi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1038/ncomms11341
  • NAID: 120005829446
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Strong Coupling between a Trapped Single Atom and an All-Fiber Cavity (2015)
  • Author(s): Shinya Kato, and Takao Aoki
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 115 Issue: 9 Pages: 093603-093603
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.093603
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Efficient Single-Mode Photon-Coupling Device Utilizing a Nanofiber Tip (2014)
  • Author(s): Sho Chonan, Shinya Kato, and Takao Aoki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Issue: 1 Pages: 4785-4785
  • DOI: 10.1038/srep04785
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ナノ光ファイバー共振器が可能にするCavity-QED系の新展開 (2016)
  • Author(s): 加藤真也
  • Organizer: 第６３回応用物理学会春季学術講演会（招待講演）
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2016-03-22
  • Invited
• [Presentation] 超低損失ナノファイバーを介したレーザー冷却原子の非線形光学応答 (2016)
  • Author(s): 千賀功平, 松橋悠汰, 加藤真也, 青木隆朗
  • Organizer: 日本物理学会第７１回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] トラップされた単一Cs原子とナノファイバー光共振器の強結合の実現 (2015)
  • Author(s): 加藤真也、青木隆朗
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] Cavity-QED system with a fiber coupled cavity and laser cooled atoms (2015)
  • Author(s): Shinya Kato
  • Organizer: ONNA2015: Optical Nanofiber Applications: From Quantum to Bio Technologies
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2015-05-25
  • Int'l Joint Research