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Creation of spin relaxation prevention technology for optically pumped atoms by deuterated polymer film coating

Research Project

Project/Area Number 17K05079
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionKitasato University

Principal Investigator

Kumagai Hiroshi  北里大学, 医療衛生学部, 教授 (00211889)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2018: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords光ポンピング / 原子磁気センサ / アルカリ金属 / スピン緩和防止 / 原子層堆積 / ルビジウム / 原子層堆積法 / スピン偏極 / 光学素子・装置・材料
Outline of Final Research Achievements

An optical pumping atomic magnetometer using spin polarization of alkali metal atoms can be expected to have sensitivity exceeding SQUID at room temperature, so there is a possibility to monitor minute magnetic fields derived from the heart and cranial nerves even at the bedside. However, there is a problem that the polarized spin is relaxed when atoms collide with the inner wall of the cell. In this study, in order to minimize the effect of dipole-dipole interaction between the electron spin of the alkali metal atom and the nuclear spin of the atom in the coating, we focused on the deuterium nucleus with a small magnetic moment, The world's first molecular layer deposition method for deuterated polymer thin films was developed by developing the atomic layer deposition method based on the sequential surface chemical reaction developed in.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

重水素化ポリマー膜コーティングとルビジウム原子の充填化を真空一貫で実現できるようにして重水素化ポリマー膜コーティング原子セルを作製し、スピン偏極緩和時間を計測する。表面原子とスピン偏極原子の相互作用を重水素置換率、膜厚、緻密度を変えて詳細に調べた。重水素化ポリマー膜コーティングの重水素置換率、膜厚、緻密度の最適化により、重水素化ポリマー膜コーティングによる光ポンピング原子磁気センサの感度向上を世界で初めて実証する。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Preventing spin relaxation of optically pumped alkali metal atoms by atomically thin hybrid polymer film coating2019

    • Author(s)
      H. Kumagai, S. Kobayashi, S. Takeda, E. Ogawa, and H. Ishikawa
    • Journal Title

      Proc. SPIE

      Volume: 10907 Pages: 10907-32

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    • Author(s)
      S. Takeda, H. Kumagai, E. Ogawa, and M. Hattori
    • Journal Title

      Proc. SPIE

      Volume: 10881 Pages: 10881-61

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      S. Takeda, H. Kumagai, M. Hattori
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      武田 俊、熊谷 寛、横山修平
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      武田 俊、熊谷 寛、根武谷吾
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      電気学会 光・量子デバイス研究会
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      熊谷 寛、武田 俊、根武谷 吾、小川 恵美悠、小菅 智裕
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      レーザー学会学術講演会第39回年次大会
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      横山 修平、武田 俊、熊谷 寛、小川 恵美悠、中武 光
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      レーザー学会学術講演会第39回年次大会
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  • [Presentation] Preventing spin relaxation of optically pumped alkali metal atoms by atomically-thin hybrid polymer film coating2019

    • Author(s)
      H. Kumagai, S. Kobayashi, S. Takeda, E. Ogawa, H. Ishikawa
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      Photonics West 2019, SPIE LASE2019
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  • [Presentation] Increase of NMR/MRI signals under ultra-low B fields with hyperpolarized Xe using 1W CW single-frequency Ti:Sapphire laser2019

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      S. Takeda, H. Kumagai, E. Ogawa, and M. Hattori
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      Photonics West 2019, SPIE BiOS2019
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      武田 俊、熊谷 寛、根武谷吾、中武 光
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      電気学会 光・量子デバイス研究会
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      武田 俊, 熊谷 寛, 根武谷 吾
    • Organizer
      電気学会、光・量子デバイス研究会
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      S. Takeda, H. Kumagai
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2018: BIOS
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  • [Presentation] モジュール型光ポンピング原子磁気センサの開発2017

    • Author(s)
      武田 俊, 熊谷 寛, 中武 光
    • Organizer
      電気学会、光・量子デバイス研究会
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  • [Presentation] 高感度原子磁気センサの高周波特性2017

    • Author(s)
      中武 光, 武田 俊, 熊谷 寛, 根武谷 吾
    • Organizer
      電気学会、光・量子デバイス研究会
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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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