原子波の干渉による超微細構造の作製と制御

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450059
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 安武 潔 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80166503)
• 研究分担者: 垣内 弘章 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10233660) ; 芳井 熊安 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029152)
• キーワード: 原子光学 / 単色原子ビーム / レーザー冷却 / 原子干渉磁気回路 / 原子波干渉 / 中性原子ビーム / 中性原子速度分光

研究概要

本研究は、速度を制御した高密度単色原子ビームを作製し、その原子波を干渉させることによって、従来にない微細な間隔の細線あるいはドットパターンの創成、さらには原子オーダーで制御可能な究極の単結晶薄膜作製手法を確立することを目的とする。本年度は、熱的に発生させた原子ビームの縦方向速度の制御を目的とし、永久磁石を用いた中性原子ビーム速度分光、及び中性原子誘導に関する実験を行った。
(1)原理上もっとも高分解能が期待でき、かつ光を用いない単色化法として、四重極型磁気回路を利用した原子速度分光器を開発した。これは、光学におけるアキシコンレンズと類似した働きを持っており、中性原子ビームの偏向あるいは集束に用いることができる。
(2)レンズとしての性能は、広がり角8mradの直径1cmのビーム径を約0.2mmに集束することが可能であり、原子ビームの密度を約16倍上昇させることに成功した。レーザーコリメーションの併用によって、さらに3倍、合わせて約50倍の強度が得られた。
(3)800℃の坩堝から発生したLi原子ビームについて、磁気回路による偏向特性を調べた。磁気回路の通過により13m/sの横方向速度を与えられることを示した。
(4)磁気回路を用いて、原子ビームの縦方向の速度分光を行った。レーザー光のドップラーシフト量から求められる速度分布と、磁気回路によって得られる速度分布は一致し、開発した磁気回路が速度分光器として有効であることを示した。
(5)速度分光器の分解能について検討した結果、原理的にはいくらでも高分解能化が可能であるが、現実的にコンパクトな配置で、1000m/sのLi原子ビームに対し、0.1%の分解能が容易に得られることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] H.Ohmi,K.Yasutake,M.Shimizu,T.Yasukawa,A.Takeuchi,H.Kakiuchi,K.Yoshii and Y.Mori: "Creation of Mono-Velocity Neutral Atomic Beam"Precision Science and Technology for Perfect Surfaces. JSPE Pub.Ser.No.3. 630-635 (1999)
• [文献書誌] 大参宏昌,安武潔,清水正男,垣内弘章,竹内昭博,芳井熊安,森勇藏: "中性原子ビーム速度分光装置の開発"精密工学会誌. 66・12. 1938-1942 (2000)
• [文献書誌] K.Yasutake,H.Ohmi,M.Shimizu,A.Takeuchi,H.Kakiuchi,K.Yoshii,Y.Mori: "Velocity spectrometer for a neutral atomic beam"Applied Physics B. 71・6. 787-793 (2000)
• [文献書誌] 大参宏昌,安武潔,清水正男,垣内弘章,竹内昭博,芳井熊安,森勇藏: "Li原子ビームのレーザーコリメーション"精密工学会誌. 67(accepted). (2001)
• [文献書誌] 大参宏昌,安武潔,松井優貴,竹内昭博,垣内弘章,芳井熊安,森勇藏: "注入同期法による色素レーザーの増幅"精密工学会誌. 67(accepted). (2001)
• [文献書誌] H.Ohmi,K.Yasutake,Y.Matsui,A.Takeuchi,H.Kakiuchi,K.Yoshii,Y.Mori: "Dual mode amplification of dye laser by injection-seeding method"Proc.of the 4th Conference on Lasers and Electro-Optics/Pacific Rim, Makuhari Messe, 2001. (2001)