2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16H06017
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
赤松 大輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90549883)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | レーザー冷却 / ナノ粒子 / オプトメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では単一ナノ粒子とレーザー冷却された原子集団の混合システムを実現する事を目的としている。そのためには、単一ナノ粒子を超高真空中(<10^-6Pa)で保持することが重要である。しかしながら、100Pa以下の真空においては、僅かな外乱により粒子が光トラップから逃げ出すことが知られている。そこで、昨年度に引き続き、本年度も、光トラップされたナノ粒子の運動をリアルタイムで制御することに取り組んだ。。本年度の研究では、昨年度までの研究により試作した電気回路を改善することで、より確実に原子の運動を制御することに成功した。具体的には、先行研究と同様に、粒子の運動を散乱光の差動検出によりモニターすることにした。検出信号を倍波回路に通し、適当に位相を調整した信号によりトラップ光の強度を変調した。これにより、粒子の運動は冷却され、ポテンシャルの中心付近にとどめることができる。100Paの低圧から、制御を行い、冷却後、ターボ分子ポンプにより真空引きを行い10^-3Paの真空度まで到達することに成功した。この時ナノ粒子の重心運動の温度は概算で1K程度であった。
到達真空度はポンプの性能により制限されており、今後、イオンポンプなどを用いることで原子のレーザー冷却が可能な真空度まで到達できるめどがついた。
また、上記の研究に並行して原子のレーザー冷却に必要なレーザーやコイルの設計を行った。長期運用可能な光源としてフィルタータイプの外部共振器型半導体レーザーを選択し、その試作に取り組むことができた。
また、最終的に使用する高いNAのレンズの設計も行い、予備的ではあるが、このレンズによるナノ粒子の光トラップにも成功した。
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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
今年度の研究では、ナノ粒子の重心運動を１Kまで冷却することに成功した。さらに一つの懸案事項であった、新しい設計の高いNAのレンズも入手し、それによるナノ粒子の光トラップにも成功している。昨年度の研究の多くの成果は、本研究を遂行する上でボトルネックになりうる課題を乗り越えたといえ、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、着実に研究は進んでいる。今年度も、当初の予定通り、原子のレーザー冷却システムの構築、および、超高真空中でのナノ粒子の保持に関する研究を進める予定である。さらに、将来的な発展を見込んで、ナノ粒子と冷却原子集団の相互作用に関する理論的な研究や、ナノ粒子内部温度（フォノン温度）の測定方法や冷却方法に関しても余裕がある限り手を広げていきたいと考える。
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