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2018 年度 実績報告書

単一Siナノ粒子と極低温原子集団の混合システム

研究課題

研究課題/領域番号 16H06017
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

赤松 大輔  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90549883)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードレーザー冷却 / ナノ粒子 / オプトメカニクス
研究実績の概要

本研究を遂行する上で技術的に重要なことは、超高真空中のナノ粒子の光トラップである。昨年度までの研究により、ターボ分子ポンプによる排気の限界だった10^-3Pa程度でのナノ粒子の光トラップに成功した。本年度はまず、ゲッター型イオンポンプを取り付け、さらに排気ができるよう真空装置を改良した。そのうえで、安定な光トラップを達成するよう実験を行った。
まず、常圧から排気をし始める際に、ナノ粒子のトラップロスが多かったため、コンダクタンスの悪い排気系から排気をはじめ、徐々にコンダクタンスをよくするシステムを開発した。これにより、排気直後のトラップロスを少なくすることに成功した。
また、ナノ粒子の重心運動をモニターし、リアルタイムに温度を計測できるシステムを開発した。実験ではナノ粒子の運動から出てくる光信号を電気回路に通し、適当に位相を調整することにより冷却を行っている。本システムを用いて、位相に応じて加熱と冷却が起こること、最適なゲインに関する情報を得ることができた。
一方で、1Paよりも排気を進めると、原因不明の粒子ロスがあり、その問題の解決に取り組まなければならなかった。昨年度中には解決できなかったため、本年度早々に解決する予定である。
ナノ粒子と原子の散乱による理論的考察を進め、ナノ粒子による量子反射の効果について知見を得た。ナノ粒子の散乱断面積は、原子の温度が下がると古典的断面積の100倍まで大きくなることを導いた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

今年度の研究では、ナノ粒子の重心運動を制御するシステムを一新し、より効果的にデータが取得できるようになった。一方、1Paよりも排気を進めた際にナノ粒子のトラップロスがあり、さらなる排気ができなくなってしまった。そのため、本年度の後半はその原因解明に費やされ、原子気体のレーザー冷却に関する実験を進めることができなかった。

今後の研究の推進方策

1Paよりも低圧な環境においてナノ粒子のトラップロスがあり、この原因解明が急務である。より系統だって実験データを蓄積し、海外の研究者を含め積極的な情報交換を行い、なるべく早いに解決につとめる。その上で、原子のレーザー冷却を行い、ナノ粒子とレーザー冷却された原子気体の同時トラップを目指す。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 誘電体ナノ球による冷却原子の量子反射2019

    • 著者名/発表者名
      山口孝明、金本理奈、赤松大輔
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum reflection of ultracold atoms by a spherical surface2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, R. Kanamoto, D. Akamatsu
    • 学会等名
      The 26th International Conference on Atomic Physics, ICAP 2018
  • [備考] 産業技術総合研究所時間標準研究グループ

    • URL

      https://unit.aist.go.jp/ripm/time-stdg/index.html

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公開日: 2019-12-27  

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