希土類原子Ybを用いた新しい量子縮退系の実現とその新展開

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15340134
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 高橋 義朗 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (40226907)
• 研究分担者: 熊倉 光孝 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30324601) ; 藪崎 努 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60026127)
• キーワード: レーザー冷却 / ボース凝縮 / 光トラップ / Yb原子 / 蒸発冷却 / 半導体レーザー / フェルミ縮退 / 周波数安定化

研究概要

イッテルビウム(Yb)原子は時間反転対称性やパリティといった基本的対称性の破れの研究から、光周波数標準への応用など、基礎から応用まで大変興味をもたれている。これまでに超高密度光トラップ、ボソン・フェルミオン混合系の協同冷却効果の観測、光結合による超低温Yb分子生成、などに成功しているが、本年度の業績としては、以上の成果をさらに発展させて、様々な改良をおこなって光トラップ中の蒸発冷却を最適化することにより、位相空間密度を増大させることに成功し、^<174>Yb原子のボース凝縮体を実現することができた。
また、蒸発冷却の振る舞いが、同位体によって大きく異なることも実験的にたしかめた。特に、^<176>Yb原子と^<172>Yb原子について、蒸発冷却の実験を集中的に行い、^<176>Yb原子については、効率のいい蒸発冷却が行えることがわかった。BECに極めて近い条件まで、せまることができた。一方、^<172>Yb原子は、あまり効率がよくないことが分かった。
さらに、本研究では高出力かつ高安定な連続レーザー冷却用光源が必要となるが、この目的のため、我々は高フラックスのイッテルビウム原子ビーム生成装置をくみ上げ、高密度原子ビームの生成に成功した。そしてこれを実際に実験で使用し、ゼーマン変調法により1MHz以下の原子共鳴線の周波数安定化用信号を得ることができ、その性能が十分であることを確認した。これによる、色素周波数の絶対安定化により、極めて安定なレーザー冷却実験を行うことができるようになった。

研究成果

• [文献書誌] Y.Takahashi, et al.: "Bose-Einstein Condensation of Ytterbium Atoms"Laser Spectroscopy : Proceedings of the XVI International Conference. 111-115 (2004)
• [文献書誌] Y.Takasu, et al.: "Spin-Singlet Bose-Einstein Condensation of Two-electron Atoms"Phys.Rev.Lett.. 91・4. 040404:1-040404:4 (2003)
• [文献書誌] 高橋義朗, 藪崎努: "イッテルビウム原子のボース・アインシュタイン凝縮"固体物理. 39・2. 37-43 (2004)
• [文献書誌] M.Kumakura, et al.: "Shaking-induced cooling of cold atoms in a magnetic trap"Phys.Rev.A. 68・2. 021401:1-021401:8 (2003)
• [文献書誌] K.Enomoto, et al.: "Emission spectra of alkali-metal(K,Na,Li)-He exciplexes in cold helium gas"Phys.Rev.A. 69・2. 012501:1-012501:8 (2004)
• [文献書誌] K.Komori, et al.: "Injection-Locking of Blue Laser Diodes and Its Application to the Laser Cooling of Neutral Ytterbium Atoms"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・8. 5059-5062 (2003)