2022 Fiscal Year Annual Research Report
Excitation of quantized vortex via helical light field
| Project Area | Chiral materials science pioneered by the helicity of light |
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| Project/Area Number |
22H05139
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
蓑輪 陽介 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (50609691)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪田 誠 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (10197759)
西岡 孝 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (10218117)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Keywords | 量子渦 / 超流動ヘリウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的達成のためには、超流動ヘリウム4中の量子渦と強く相互作用し合う微粒子群を適切に超流動ヘリウム中に導入することが必要不可欠である。したがって、超流動ヘリウム中に微粒子を導入するための最適な手法を探索する必要がある。そこで、本研究では、固体材料へのパルスレーザー光の照射によって微粒子作製を行う、レーザーアブレーション技術を超流動ヘリウム中で実装した。種々の材料について実際にレーザーアブレーションを行い、材料の光学的特性(分極率の大きさや光吸収の強さ) や、作製される微粒子のサイズと数密度について系統的な調査をおこなった。その結果、現在までのところシリコン微粒子が最適であるという暫定的結論に至った。さらにアブレーションに用いるレーザー光のパラメーターを最適化することで、適切なサイズ(数百nm程度)の微粒子を大量に導入できるための実験条件を探索した。波長355 nmのナノ秒レーザーを用いたところ、10 Hzよりも高い繰り返し周波数の場合に、多くの微粒子が導入できることがわかった。また、パルスエネルギーについては、5 mJよりも低いと微粒子の数が少なく、5 mJよりも高いと激しい流れが生じて微粒子が観察領域から急速にいなくなる様子がわかった。研究開始当初は予想していなかったこととして、レーザーアブレーションによって生成した微粒子の一部が帯電している可能性が示唆された。これは、微粒子の電場による操作の可能性につながる重要な成果である。上記実験と並行して、光による量子渦の生成・励起や、光による量子渦のダイナミクスの測定の可能性について理論的検討を行うとともに、極低温実験の効率化を目指した実験装置開発も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた、最適な微粒子を超流動ヘリウム中に大量に導入するための条件探索については一定の結論を出すことができた。また、当初予想していなかったものの、レーザーアブレーションによって生成された微粒子の一部が帯電している可能性が示唆された。これは電場によって微粒子や量子渦が制御できる可能性を示す重要な成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的を達成するためには、微粒子で可視化された量子渦を光の焦点に移動させるための手法を確立することが重要となる。そこで、極低温動作可能な直動ステージを導入することで、量子渦を任意の位置に移動する手法の開発に取り組む。また、当初計画にはなかったものの、前年度の研究により一部の微粒子が帯電している可能性が示されたことをうけ、電場を用いた量子渦の操作の可能性も探る。
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