2019 年度研究成果報告書

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

PDF

研究課題/領域番号	16H06017
研究種目	若手研究(A)
配分区分	補助金
研究分野	原子・分子・量子エレクトロニクス
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 / 光トラップ
研究成果の概要	本研究では、超高真空中で光トラップされた単一ナノ粒子と極低温原子集団の混合システムの構築を目的とした。そのために、まずは高真空中でのナノ粒子の光トラップが可能な装置を開発した。超高真空中までの排気が可能となるように、対物レンズではなく単レンズでも大きなNAのレンズを使い、ナノ粒子の光トラップに成功した。さらに光トラップ中の運動をリアルタイムで観測、制御するシステムの開発に成功した。運動制御により光トラップ中のナノ粒子の重心温度を１K程度まで冷却することに成功し、10^-3Paでの光トラップに成功した。また、ナノ粒子と極低温原子の散乱断面積について理論的な解析を行った。
自由記述の分野	量子エレクトロニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	これまで単一ナノ粒子とレーザー冷却された原子の相互作用に関する研究はほとんど行われてこなかった。本研究では、量子力学的なレベルでの超精密測定・制御が可能なそれぞれが共存することにより、それぞれの超精密なプローブになると考え提案した。理論的な解析により、ナノ粒子の散乱断面積が変化することを明らかにした。また、実験的には、真空中でのナノ粒子の安定なトラップに成功し、レーザー冷却された原子気体と共存可能な道筋を示した。本研究成果により、光トラップされたナノ粒子の物理を原子波でプローブするという新たな分野が拓ける可能性を示した。