2018 Fiscal Year Annual Research Report

Mixture of ultracold atoms and a single nanoparticle of Si

Research Project

Project/Area Number	16H06017
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
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)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords	レーザー冷却 / ナノ粒子 / オプトメカニクス
Outline of Annual Research Achievements	本研究を遂行する上で技術的に重要なことは、超高真空中のナノ粒子の光トラップである。昨年度までの研究により、ターボ分子ポンプによる排気の限界だった10^-3Pa程度でのナノ粒子の光トラップに成功した。本年度はまず、ゲッター型イオンポンプを取り付け、さらに排気ができるよう真空装置を改良した。そのうえで、安定な光トラップを達成するよう実験を行った。まず、常圧から排気をし始める際に、ナノ粒子のトラップロスが多かったため、コンダクタンスの悪い排気系から排気をはじめ、徐々にコンダクタンスをよくするシステムを開発した。これにより、排気直後のトラップロスを少なくすることに成功した。また、ナノ粒子の重心運動をモニターし、リアルタイムに温度を計測できるシステムを開発した。実験ではナノ粒子の運動から出てくる光信号を電気回路に通し、適当に位相を調整することにより冷却を行っている。本システムを用いて、位相に応じて加熱と冷却が起こること、最適なゲインに関する情報を得ることができた。一方で、1Paよりも排気を進めると、原因不明の粒子ロスがあり、その問題の解決に取り組まなければならなかった。昨年度中には解決できなかったため、本年度早々に解決する予定である。ナノ粒子と原子の散乱による理論的考察を進め、ナノ粒子による量子反射の効果について知見を得た。ナノ粒子の散乱断面積は、原子の温度が下がると古典的断面積の１００倍まで大きくなることを導いた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 今年度の研究では、ナノ粒子の重心運動を制御するシステムを一新し、より効果的にデータが取得できるようになった。一方、1Paよりも排気を進めた際にナノ粒子のトラップロスがあり、さらなる排気ができなくなってしまった。そのため、本年度の後半はその原因解明に費やされ、原子気体のレーザー冷却に関する実験を進めることができなかった。
Strategy for Future Research Activity	1Paよりも低圧な環境においてナノ粒子のトラップロスがあり、この原因解明が急務である。より系統だって実験データを蓄積し、海外の研究者を含め積極的な情報交換を行い、なるべく早いに解決につとめる。その上で、原子のレーザー冷却を行い、ナノ粒子とレーザー冷却された原子気体の同時トラップを目指す。