原子波の干渉による超微細構造の作製と制御

2001 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 / 速度圧縮

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、超微細構造を作製する手法を確立することを目的とする。
(1)速度分布の大きい熱的Li原子ビームに対し、まず、レーザーコリメーションにより原子ビームの横方向速度を制限する条件を明らかにした。2次元レーザーコリメーションにより、±5m/s以内の横方向速度分布のビーム輝度を1O倍以上に増加することが可能である。
(2)磁場勾配と原子の磁気モーメントの相互作用を利用して、中性原子ビームの進行方向の速度を分光する装置(原子ビーム速度分光装置)を、世界で初めて開発した。速度分光されたビームをアパーチャで切り出すことにより単色原子ビームを得ることができる。従来の原子干渉実験では、超音速ノズル法により4%程度の速度広がりをもつ原子ビームが用いられていたが、本装置を用いると、O.1%以下の速度広がりが容易に得られる。4%の速度広がりがあると原子干渉縞のコントラストは28%まで低下するが、O.1%の場合には96.9%の非常に高いコントラストが得られる。
(3)原子ビーム速度分光装置により単色原子ビームを生成した場合、光学的分光器と同様、単色度を高めるほど、原子ビームの利用効率が低下する。そこで、高輝度の単色原子ビームを生成するため、縦方向レーザー冷却法を用いて、目的速度の原子ビームを濃縮する実験を行った。1000m/sの原子ビームについて濃縮条件を最適化した結果、7%の速度広がりで、ピーク強度を31倍に高めることができた。
(4)原子波干渉による微細構造作製にあたって、高輝度単色原子ビーム生成に関する要素技術の開発をほぼ終えることができたが、本実験を行うためには、さらに基板を極低温に冷却できる実験装置の作製が必要である。

研究成果

• [文献書誌] H.Ohmi, K.Yasutake, M.Shimizu, T.Yasukawa, A.Takeuchi, H.Kakiuchi, K.Yoshii, 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・3. 1938-1942 (2001)
• [文献書誌] 大参宏昌, 安武潔, 竹内昭博, 松井優貴, 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・7. 1108-1113 (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. II. 124-125 (2001)
• [文献書誌] H.Ohmi, K.Yasutake, M.Shimizu, H.Kakiuchi, A.Takeuchi, K.Yoshii, Y.Mori: "Formation of Monochromatic Atomic Beam for Nanofabrication"Proc. of the COE Int. Symp. on Ultraprecision Science and Technology -Creation of Perfect Surface -, Osaka, 2001. 251-256 (2001)