平成19年度  PBL成果発表会

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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 ). mK以下の極低温原子気体 量子縮退原子気体. レーザー冷却法. 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). 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. 磁気トラップ. 背  景. 長時間、安定に、超高真空中に捕捉. 磁気トラップの設計・製作. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 平成19年度  PBL成果発表会

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 )

Page 2: 平成19年度  PBL成果発表会

背  景

レーザー冷却法mK以下の極低温原子気体 

量子縮退原子気体

長時間、安定に、超高真空中に捕捉

・ 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)

基礎物理、先端工学への応用

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

Page 3: 平成19年度  PBL成果発表会

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? 

・ 必要な磁場の大きさ、形状は? 

・ 具体的な電磁石の設計  

・ 機械工作   ・ 性能評価          

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

量子力学、原子物理学 

電磁気学

計算機シミュレーション 

製図技法、工作技能       

計測技術

Page 4: 平成19年度  PBL成果発表会

設計・製作

・ 87 Rb原子の 5s 2S1/2 ( F = 2, mF = 2 ) 

・ 1 mK の原子気体を 5mm 程度の領域に 

最大電流 ~ ・ 300 A  (水冷式)

設計条件 計算機シミュレーション

・ これまでの磁場配置を論文で調査 

・ 様々なコイル配置を提案

・ LabView (G言語)による磁場計算 

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Page 6: 平成19年度  PBL成果発表会
Page 7: 平成19年度  PBL成果発表会

設計・製作

・ 87 Rb原子の 5s 2S1/2 ( F = 2, mF = 2 ) 

・ 1 mK の原子気体を 5mm 程度の領域に 

最大電流 ~ ・ 300 A  (水冷式)

設計条件 計算機シミュレーション

・ これまでの磁場配置を論文で調査 

・ 様々なコイル配置を提案

・ LabView (G言語)による磁場計算 

x

y

z

anti-bias coil

Ioffe bar

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 )

Page 8: 平成19年度  PBL成果発表会

性能評価

ホール素子による磁場測定

- 250

- 150

- 50

50

150

250

- 15 - 10 - 5 0 5 10 15

Bx [G

]

x [mm]

勾配:  149 G/cm

xy 面内の動径方向磁場

050

100150200250300

- 15 - 10 - 5 0 5 10 15

曲率   : 101 G/cm2

最低磁場:  9.2 G

z 軸上の軸方向磁場

z [mm]Bz

[G]

mK以下の原子集団を 5mm 程度の領域にトラップ可能

Page 9: 平成19年度  PBL成果発表会

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

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1ms

7.45

mm

9.60 mm

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

1ms

7.45

mm

9.60 mm

磁気トラップされた原子集団の吸収イメージング画像 

  トラップ時間:  5 ms  トラップ解放後 1ms 経過時

磁気トラップ

原子数 ~ 4×108 個

Page 10: 平成19年度  PBL成果発表会

まとめ

磁気トラップの設計・製作

・ 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

“ 物理学に基づいて基礎から先端技術を生み出す過程”

“ 座学の物理学” から現実の応用へ 

     ハードルが低くなった!