| 研究課題/領域番号 |
19H01822
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
相川 清隆 東京工業大学, 理学院, 准教授 (10759450)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2020年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | ナノ粒子 / 浮揚オプトメカニクス / フィードバック冷却 / オプトメカニクス / 量子光学 / 量子基底状態 / 重ね合わせ状態 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
原子・電子・光子など微小な粒子に対して大きな成功を収めてきた量子力学の枠組みが、巨視的な物体においても成り立つかは非自明であり、ある程度以上大きな物体では理論の修正が必要である可能性が指摘されている。本研究では、真空中の単一ナノ粒子の重心運動を量子基底状態付近まで冷却する技術を確立し、巨視的な物体における量子重ね合わせ状態の研究の基盤となる技術を開拓することを目的とする。原子・電子などとは異なり、不純物や欠陥を含む巨視的な物体の場合、全く同じ粒子を複数用意することは不可能であることから、本研究では単一粒子において2つの運動状態による重ね合わせ状態を調べる、という方向性の実験を進める。
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| 研究成果の概要 |
まず、光学系および真空系からなる新しい装置を作成し、光格子中の単一荷電ナノ粒子を電場フィードバックによって基底状態付近へ冷却する技術を開発した。この際、レーザーの位相ノイズによって光格子中のナノ粒子の運動が加熱される効果を初めて観測し、レーザーの位相ノイズの低減などの工夫によって、この効果を無視できるほど小さくできることも示した。さらに、ナノ粒子の運動量測定を行うための飛行時間法についても検討を行い、荷電ナノ粒子は残留電場の影響により飛行時間法では運動量測定が困難であることを見出した。この問題を解決すべく、ナノ粒子を中性化する手法およびこれを基底状態へと冷却する新しい手法を開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、真空中の単一ナノ粒子を量子基底状態付近まで冷却する技術が開発できた。特に、ナノ粒子を中性化した上で基底状態付近へと冷却できることは、多くの応用の観点から重要である。まず、残留電場の影響なく飛行時間法による運動量測定が行えるため、ナノ粒子の重心運動に関する量子性を探る研究が可能となる。また、残留電場の影響を受けずに、ナノ粒子を加速度センサとして利用することが可能となる。これらの意義に加え、本研究の本来の目的からは外れるものの、従来知られていたものと比べて高い周波数帯域で極めて低い強度ノイズのレーザーを開発できた点も、レーザーを用いる種々の応用において有用と期待される。
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