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2022 年度 実績報告書

ハイブリッドトラップされた微粒子の光冷却

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0387
研究機関大阪大学

研究代表者

蓑輪 陽介  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (50609691)

研究期間 (年度) 2019 – 2022
キーワード浮揚オプトメカニクス / 浮揚エレクトロメカニクス
研究実績の概要

最終年度において、帯電したシリカナノ微小球を、直流・交流電場によって真空中に捕捉・浮遊させ、その重心運動を冷却する実験について、パラメータの最適化を行った。CMOSカメラを高速に動作させ、微小球からの散乱光を測定する。その結果をマイクロコントローラでリアルタイムに処理し、微小球の座標を推定する。この結果をさらに処理することで速度を推定し、速度に比例する力をフィードバックすることで、重心運動の冷却に成功した。この成果について国際共同研究論文として報告した。真空度に応じた冷却の効率や、位相依存性などの詳細についても併せて報告している。 また、昨年度に引き続き、マイクロメートルサイズの微小球について、数種類の異なる大きさの試料を用いてWhispering Gallery Modeの評価を行った。

研究期間全体を通じて、当初の計画とは異なる手法ではあるものの、当初目的の一つである、真空中に浮揚した微小球の重心運動冷却を実現することができた。これは、微小球を帯電させた上で、交流電場と直流電場によって3次元的に捕獲を行った状態で、電場を用いて力を加えることで達成された。また、冷却手法として、CMOSカメラとマイクロコントローラを用いるという新しい発想に基づく手法を提案することができた。現在の到達温度の限界は、振動などの外的要因による加熱の影響と考えられる。さらに、当初計画していたた手法を実装するために必要な、試料の基礎光学特性の評価についても終えることができた。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 2019

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] ユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドン(英国)2019

    • 年月日
      2019-05-18 – 2019-09-27 | 2022-07-152022-09-27
    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      ユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドン
    • 主な海外共同研究者名
      ピーターバーカー
    • 部局
      物理学・天文学専攻
    • 職名
      教授
  • [雑誌論文] 光を用いた量子渦・量子流体研究の新展開2023

    • 著者名/発表者名
      蓑輪 陽介
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 78 ページ: 204~208

    • DOI

      10.11316/butsuri.78.4_204

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Imaging-based feedback cooling of a levitated nanoparticle2022

    • 著者名/発表者名
      Minowa Y.、Kato K.、Ueno S.、Penny T. W.、Pontin A.、Ashida M.、Barker P. F.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 93 ページ: 075109~075109

    • DOI

      10.1063/5.0095614

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Visualization of quantized vortex reconnection enabled by laser ablation2022

    • 著者名/発表者名
      Minowa Yosuke、Aoyagi Shota、Inui Sosuke、Nakagawa Tomo、Asaka Gamu、Tsubota Makoto、Ashida Masaaki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 8 ページ: eabn1143

    • DOI

      10.1126/sciadv.abn1143

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] レーザーアブレーションを用いた量子渦の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      蓑輪陽介
    • 学会等名
      第7回超高速光エレクトロニクス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子渦の可視化とダイナミクス2023

    • 著者名/発表者名
      蓑輪陽介
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 孤立したSiO2マイクロ微小球の光学的・弾性的性質の評価2022

    • 著者名/発表者名
      尾松浩太朗,蓑輪陽介,芦田昌明
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 真空下でPaulトラップにより捕捉されたシリカマイクロ微小球の運動解析2022

    • 著者名/発表者名
      江口晃平,蓑輪陽介,芦田昌明
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 超流動ヘリウム中での近赤外レーザーを用いたシリコン微粒子の光トラップ2022

    • 著者名/発表者名
      安井裕貴,蓑輪陽介,芦田昌明
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] Optical tweezers in superfluid helium2022

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Minowa
    • 学会等名
      The 15th Asia Pacific Physics Conference (APPC15)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Feedback cooling and cryogenic optical trapping2022

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Minowa
    • 学会等名
      1st Levinet conference
    • 招待講演
  • [学会発表] Cryogenic optical tweezers in superfluid helium (cancelled due to flight disruption)2022

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Minowa
    • 学会等名
      Quantum Engineering of Levitated Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical trapping of silicon nanoparticles in superfluid helium2022

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Minowa
    • 学会等名
      Optical Manipulation and Structured Materials Conference (OMC 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Cryogenic optical tweezers and more2022

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Minowa
    • 学会等名
      Macroscopic Quantum Machines
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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