Transcript 中性原子磁気トラップの制作

平成１９年度 ＰＢＬ成果発表会
中性原子磁気トラップの製作
担当大学院生 矢萩 智彦 （ 物理工学科 Ｍ１）
指導教員
熊倉 光孝
（ 物理工学科 ）
背
レーザー冷却法
景
ｍＫ以下の極低温原子気体
量子縮退原子気体
基礎物理、先端工学への応用
・ 原子光学(波動性、粒子性）
・ 超精密計測（標準技術）、量子情報処理
・ 量子凝縮相の諸物性（超流動）
長時間、安定に、超高真空中に捕捉
磁気トラップ
不均一磁場の磁場極小点にトラップ
磁気双極子モーメント（スピン）を持つmK以下の原子
目 的
磁気トラップの設計・製作
・ 原子構造（磁気双極子モーメント）は？
量子力学、原子物理学
・ 必要な磁場の大きさ、形状は？
電磁気学
・ 具体的な電磁石の設計
計算機シミュレーション
・ 機械工作
製図技法、工作技能
・ 性能評価
計測技術
一貫して行うことで、
原子光学の理解・開発に要する知識
実際的な技法・技術
基礎学問から先端技術にいたる過程を実習
設計･製作
設計条件
計算機シミュレーション
･ 87Ｒｂ原子の 5s 2S1/2 ( F = 2, mF = 2 )
･ これまでの磁場配置を論文で調査
･ 1 mK の原子気体を 5mm 程度の領域に
･ 様々なコイル配置を提案
･ 最大電流 ～ 300 A （水冷式）
･ ＬａｂＶｉｅｗ （Ｇ言語）による磁場計算
設計･製作
設計条件
計算機シミュレーション
･ 87Ｒｂ原子の 5s 2S1/2 ( F = 2, mF = 2 )
･ これまでの磁場配置を論文で調査
･ 1 mK の原子気体を 5mm 程度の領域に
･ 様々なコイル配置を提案
･ 最大電流 ～ 300 A （水冷式）
･ ＬａｂＶｉｅｗ （Ｇ言語）による磁場計算
anti-bias coil
y
Ioffe bar
z
x
curvature coil
Ioffe-Pritchard 型
xy面内 : 四重極磁場 ( 177 G/cm )
z方向 : 調和型( 91.7 G/cm2)
原点位置で磁場最小（ 0.32 G )
性能評価
ホール素子による磁場測定
250
勾配： 149 G/cm
Bz [G]
Bx [G]
150
50
-50
-150
-250
-15 -10 -5
0
5
10
x [mm]
xy 面内の動径方向磁場
15
300
250
200
150
100
50
0
曲率
： 101 G/cm2
最低磁場： 9.2 G
-15 -10
-5
0
5
10
z [mm]
z軸上の軸方向磁場
ｍＫ以下の原子集団を5mm程度の領域にトラップ可能
15
Rb原子の磁気トラップ
既存のレーザー冷却・トラップ装置に設置
磁気光学トラップ
偏向勾配冷却
～110μK
磁気トラップ
1ms
1.00
磁気トラップされた原子集団
の吸収イメージング画像
0.75
7.45 mm
0.50
トラップ時間： 5 ms
トラップ解放後1ms 経過時
0.25
0.00
原子数 ～ 4×108 個
9.60 mm
まとめ
磁気トラップの設計・製作
“物理学に基づいて基礎から先端技術を生み出す過程”
・ 原子物理学、量子力学、電磁気学
・ 論文調査
・ 計算機シミュレーション、製図などの設計技法
・ 試作
・ 測定技術と評価法
“座学の物理学” から現実の応用へ
ハードルが低くなった！