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2008 Fiscal Year Annual Research Report

光トラップが開く氷晶の物理学

Research Project

Project/Area Number 19340112
Research InstitutionMeiji University

Principal Investigator

立川 真樹  Meiji University, 理工学部, 教授 (60201612)

Keywords光トラップ / 結晶成長 / 過冷却水滴
Research Abstract

本研究の目的は、光の放射圧によって微粒子を空間捕捉する光トラップ技術を用いて水滴や氷の微結晶を空中に静止させ、相転移や成長過程をその場観測する新しい実験手法を提供することである。これにより、従来不可能であった過渡現象の観測や多体問題の実験室シミュレーションを実現する。さらに光トラップの高速変調性や空間操作性を生かし、結晶成長のプロセスそのものを積極的に制御する可能性を探る。
1.過冷却水滴の衝突凍結の観測
前年度製作した観測系に新たに高速度カメラを設置し、捕捉された水滴や氷晶の顕微鏡画像と散乱光パターンを同時に観測することが可能になった。トラップ内の過冷却水滴に氷結晶が衝突し、接触凍結によって水滴が氷へ相転移する瞬間を実時間観測することに成功した。衝突の直後、規則正しいMie散乱パターンは乱雑なパターンへと変化し、同時に散乱強度も急激に増加する。これは、接触凍結により生じた表面のステップ構造に起因するものではないかと推測される。散乱光強度の時間変化から凍結は数ミリ秒で完了することが明らかになった。一方、水滴や氷結晶によるトラップ光のラマン散乱を検出することができた。ラマンスペクトルは結晶構造を直接反映するため、時間分解計測を行い相転移過程の逐次変化を追跡していく予定である。
2.新しいトラップ法の開発
ラジオメトリック力を用いた新しい空間捕捉の可能性について検討した。従来のように表面温度差を利用するのではなく、原子・分子の内部状態とドップラー効果を利用して、表面に及ぼされる圧力を光の周波数変化で制御する方法を考案した。また、対流効果を併用した光トラップにおいて空間捕捉された微粒子からの熱放射を観測し、スペクトルにサイズ効果が現れることを突き止めた。同様の効果は上述のラマンスペクトルにも現れる可能性があり、粒形や大きさを精密に計測する手段になる。

  • Research Products

    (4 results)

All 2009 2008

All Presentation (4 results)

  • [Presentation] 微粒子の黒体放射におけるサイズ効果2009

    • Author(s)
      竹廣恵, 北崎隆紀, 立川真樹, 小田島仁司
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-30
  • [Presentation] ラジオメトリックフォースの測定2008

    • Author(s)
      佐藤祐亮, 高塚千州都, 立川真樹
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      2008-09-22
  • [Presentation] 過冷却水滴の光トラップとその相転移II2008

    • Author(s)
      居村翔一, 米山夏生, 立川真樹
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      2008-09-21
  • [Presentation] 発光微粒子の光トラップ2008

    • Author(s)
      竹廣恵, 久木宮領, 清水川聡, 北崎隆紀, 立川真樹, 小田島仁司
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      2008-09-21

URL: 

Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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