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単一イオンによる原子気体の高分解能プロービング

研究課題

研究課題/領域番号 15J10722
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 原子・分子・量子エレクトロニクス
研究機関電気通信大学

研究代表者

土師 慎祐  電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード冷却原子 / イオントラップ / 極低温化学 / 冷却原子気体 / 低温化学反応 / 冷却イオン
研究実績の概要

本研究では、レーザー冷却された中性原子気体とイオントラップ中の単一イオンとの相互作用を詳細に調べた。イオン・原子間の相互作用においては弾性衝突過程や、イオンや原子の内部状態及び電荷量が変化するような反応性のある非弾性衝突が考えられる。本研究課題ではイオン・原子ハイブリッドトラップと呼ばれる装置を用いることで、こういった様々な衝突過程を極低温領域において観測することができた。
弾性衝突においてはイオン・原子間衝突によってそれぞれの運動量の交換が起こるため、一方を極低温状態に準備することで両者の熱平衡化によりもう一方の温度を下げることができる。これは共同冷却と呼ばれ、レーザー冷却に代わる新たな冷却手法として有望視されている。本研究では原子気体との相互作用がある状況下での単一イオンの運動状態の時間発展を測定することで、こういった共同冷却効果が存在することを実証することに成功した。また、ここでは非常に質量の小さなリチウム原子を原子種として選択しているが、これが決め手となり高効率な冷却を行うことができることも確認することができた。
非弾性衝突に関する研究では、イオン・原子間の近距離衝突(ランジュバン衝突)によりイオンの電子状態が変化するような過程を検出することに成功した。一般的には電子励起状態の寿命は数ナノ秒オーダーであり、イオン原子間の衝突時間スケールに比べて非常に短いことが知られているが、今回の試みではカルシウムイオンの有する凖安定状態(寿命1秒程度)を用いることでこういった非弾性過程を捉えることができ、その衝突係数を決定するに至った。これらの成果は本研究の目標である原子気体の高分解能プロービングや極低温領域における化学反応機構の解明のための重要なステップであると言える。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] Laboratoire Aime Cotton/CNRS/Universite Paris-Sud(France)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Cooling Dynamics of a Single Trapped Ion via Elastic Collisions with Small-Mass Atoms2018

    • 著者名/発表者名
      S. Haze, M. Sasakawa, R. Saito, R. Nakai, and T. Mukaiyama
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 4 ページ: 043401-043405

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.043401

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] イオン・原子混合系における極低温衝突2018

    • 著者名/発表者名
      土師慎祐、齋藤了一、向山敬
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 73 ページ: 97-102

    • NAID

      40021457567

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of charge-exchange collisions between ultracold 6Li atoms and 40Ca+ ions2017

    • 著者名/発表者名
      (2)R. Saito, S. Haze, M. Sasakawa, R. Nakai, M. Raoult, H. Da Silva, Jr., O. Dulieu, and T. Mukaiyama
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 95 号: 3 ページ: 032709-032709

    • DOI

      10.1103/physreva.95.032709

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Characterization of charge-exchange collisions between ultracold Li atoms and Ca+ ions2017

    • 著者名/発表者名
      Shinsuke Haze, Ryoichi Saito, Mizuki Sasakawa, Ryosuke Nakai, Takashi Mukaiyama
    • 学会等名
      The fourth MIPT-LPI-UEC Joint Workshop on Atomic, Molecular, and Optical Physics
    • 発表場所
      University of Electro-Communications (Tokyo, Chofu))
    • 年月日
      2017-03-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of ultracold collisions between laser-cooled 6Li atoms and 40Ca+ ions2017

    • 著者名/発表者名
      M. Sasakawa, R. Saito, S. Haze, R. Nakai, M. Raoult, H. Da Silva Jr., O. Dulieu, T. Mukaiyama
    • 学会等名
      The fourth MIPT-LPI-UEC Joint Workshop on Atomic, Molecular, and Optical Physics
    • 発表場所
      University of Electro-Communications (Tokyo, Chofu)
    • 年月日
      2017-03-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] イオン・原子間の非弾性散乱によるイオンの内部状態緩和の観測2017

    • 著者名/発表者名
      土師慎祐、齋藤了一、笹川瑞樹、中井良輔、向山敬
    • 学会等名
      日本物理学会第72回秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 極低温原子気体を用いた弾性衝突過程によるイオンの冷却の観測2017

    • 著者名/発表者名
      笹川瑞樹、土師慎祐、齋藤了一、中井良輔、向山敬
    • 学会等名
      日本物理学会第72回秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Cooling behaviour of a single trapped ion via collisions with small-mass atoms2017

    • 著者名/発表者名
      S. Haze, M. Sasakawa, R. Saito, R. Nakai and T. Mukaiyama
    • 学会等名
      Spectroscopy, Dynamics and Applications of Cold Molecular Ions
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] イオン・原子間量子散乱に向けたイオンの振動基底状態冷却2016

    • 著者名/発表者名
      土師慎祐,齋藤了一,笹川瑞樹,中井良輔,向山敬
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] リチウム原子-カルシウムイオン間の電荷交換散乱の特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤了一,土師慎祐 笹川瑞樹,中井良輔,M. Raoult, H. Da. Silva Jr., O. Dulieu, 向山敬
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 原子-イオン間電荷交換散乱のエネルギー依存性2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤了一、土師慎祐、笹川瑞樹、中井良輔、向山敬
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 狭線幅遷移を用いた6Li原子のレーザー冷却2016

    • 著者名/発表者名
      松田優衣、土師慎祐、吉田純、服部敬太、向山敬
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of Charge-Exchange Collision Cross Section between Li and Ca+ in a Temperature Range of mK to K2015

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Saito, Shinsuke Haze, Mizuki Sasakawa, Kazuki Kyuno, and Takashi Mukaiyama
    • 学会等名
      The Irago conference 2015
    • 発表場所
      Irago Sea Park and Spa Hotel, 田原市,愛知県
    • 年月日
      2015-10-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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