研究課題
基盤研究(C)
誘電体表面でのレーザー光の全反射で作られる、横電場モードエバネッセント波の合成によって形成される格子状局所的回転電場により、誘電体表面近傍の冷却Cs原子団の二次元スピン偏極パターンを形成し、その放射特性のスピン依存性を詳細に調べ、光近接場における広義の共振器量子電気力学効果が、原子と放射場の近接場相互作用における角運度量選択則やパリディー保存にもたらす質的な変化を解明することを目的として,実験研究と理論研究を密接に関連させて研究を遂行した。実験研究では、本研究で初めて誘電体表面の法線を軸とする局所回転電場格子をなす光近接場を発生させうることを実証しその(1)光学装置と、(2)二次元原子格子からの極微弱散乱光検出系、(3)蛍光面付マイクロチャンネルプレートと冷却CCDカメラを併用した観測系を持つ、レーザーCs冷却原子団のスピン偏極格子状配列生成装置、(4)静電レンズによる生成イオン誘導装置、(5)光近接場偏極格子による偏極効率を十分な信号強度で計測可能な原子冷却装置を組み合わせ、全近接場光による共鳴イオン化顕微分析特性の計測を行うとともに、イオン収束特性およびマイクロチャンネルプレートによる解像度などの諸特性の計測に基づく、装置完成に向けての新技術開発を行い、スピン偏極原子の二次元格子生成・観測の技術開発を推し進めた。同時に光近接場におけるFM雑音分光法を確立した。理論研究では、近接場相互作用のトンネル描像に基づく第二量子化理論の枠組みを開発し、散逸系に対して詳細に評価し、近接場における多重極放射のアンギュラースペクトル展開の基礎理論の全体を構築し終えるとともに、光近接場における散逸過程が励起移動およびスピン転移に対して果たす役割の重要性を明らかにする計算結果を導いた。これらの結果から、ナノデバイスの電気信号伝達機能の素過程の評価等、応用上も極めて重要な結果を得た。表面近傍での自然放出におけるスピンに依存する遷移の選択則の変調効果の解析に基づき、スピン偏極原子格子の量子光学的振る舞いについて研究し、その性質を明らかにするとともに、表面スピンデバイスとの融合領域に研究を展開した。
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