ボース凝縮体の交差型光双極子力トラップ -...
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ボース凝縮体の交差型光双極子力トラップCrossed-FORT of Bose-Einstein Condensates
平野研究室 荒木幸治
概要
＜研究背景＞＜研究背景＞原子気体原子気体8787RbRbのスピン自由度を持つボース凝縮体のスピン自由度を持つボース凝縮体
（（BECBEC）のスピンダイナミクスを観測し、磁性などを探る）のスピンダイナミクスを観測し、磁性などを探る
＜スピン自由度を持つ＜スピン自由度を持つBECBECを研究するためにはを研究するためには……＞＞
磁気トラップ中で磁気トラップ中で8787Rb (Rb (FF=2,=2,mmFF=2)=2)ののBECBECを生成した後、を生成した後、光双極子力トラップ（光双極子力トラップ（FORTFORT））に移行する必要があるに移行する必要がある
＜本研究＞＜本研究＞交差型光双極子力トラップ（交差型光双極子力トラップ（crossedcrossed--FORTFORT）でトラップ）でトラップ
87Rbの基底状態
磁気トラップ（MT）
MTMT Bµ ⋅−=U)(~ MT rBmg FBF µ
ポテンシャル：ポテンシャル：
2,2 == FmF の原子は、
磁場の極小点にトラップされる。
：磁気量子数
因子の：
F
F
m
gg Lande
磁場⇔磁気モーメント
Magnetic field B
MT
Potential U
MT
Position
ポテンシャルはスピン成分に依存するポテンシャルはスピン成分に依存する
（限られたスピン成分しかトラップできない）（限られたスピン成分しかトラップできない）
⇒⇒スピン自由度を持つことができないスピン自由度を持つことができない
mF=2 m
F=1
mF=0 m
F=-1
mF=-2
光双極子力トラップ（FORT）
Ep ⋅−= dipdip 21
U
sII )(
8~
2 rδΓh
ポテンシャル：ポテンシャル：
光（電場）⇔電気双極子モーメント
：飽和パラメータ
：離調：自然幅，
sI
δΓ
ポテンシャルはスピン成分に依存しないポテンシャルはスピン成分に依存しない（磁気副準位や超微細構造準位によら（磁気副準位や超微細構造準位によらずトラップ可）ずトラップ可）
⇒⇒スピン自由度を持つことができるスピン自由度を持つことができる
ガウスビーム（ガウスビーム（LaserLaser）をレンズで絞り、）をレンズで絞り、
強度の極大点を作る強度の極大点を作る
極大点（離調：負）に原子が集まる極大点（離調：負）に原子が集まる
I
U
r
δ>0 δ<0
実験手順
①MT＋crossed-FORT
②crossed-FORT
③Time-Of-Flight (TOF)
④吸収イメージング
Crossed-FORT光学系
~5°lens
FORT Beam
Probe Beam
z
ρ
g
FORT Beam
Cell
Coil
FORT:λ~850[nm]
（吸収波長λ0~780,795[nm]）
lens
Crossed-FORT TOF イメージング
TOF
31ms
15ms
10ms
Crossed-FORTTrap Time : 500ms
g
330μm
330μm
Crossed-FORT (TOF : 17ms)
Trap time : 200ms
3000ms 5000ms
1000ms500ms
2000ms
500μm
500μm
BECのトラップ寿命（FORT vs MT）
BEC in FORTBEC in MT
Num
ber
of C
onde
nsed
Ato
ms
Trap Time [sec]
8.3~
]sec[9.1~
]sec[3.7~
FORT
MT
FORT
MT
ττ
τ
τ
⇒
指数関数的なロス
]atoms[103 5×<N
0 2 4 6 8 10104
105
106
ロスの原因
加熱
①光の吸収
光散乱レート~ 560 [sec] ⇒ ほとんど無視
②位置揺らぎ、パワー揺らぎ？
③残留ガス？
Trap Time : 500ms
TOF 0ms 熱原子 MT
F=2⇒F=1のBEC生成
exFBFze BmgE µ=∆
]mG[25~exB
F=2⇒F=1のBEC生成手順
均一磁場
マイクロ波
F=2
F=2
F=1
F=2⇒F=1
ヘルムホルツコイル
導波管
~6.8GHz
F=2,F=1 BECの測定法
zzB
mgF FBFsg ∂∂
=)(
µ
Stern-Gerlach法
=−
==
)1(2/1
)2(2/1
F
Fg F
F=1, F=2 BEC TOF イメージング
Trap time:10ms, TOF:21ms
| 2 , -2 >
| 1 , -1 >
Trap time:10ms, TOF:21ms
Trap time:30ms, TOF:20ms
| 2 , -2 > + | 1 , -1>
まとめ① Crossed-FORT
FORT：～5×105[atoms] （MT：～1.0×106[atoms] ）
② Crossed-FORT中のBECの寿命測定
③ | 2 , -2 >、| 1 , -1 >、| 2 , -2 > + | 1 , -1 > の crossed-FORT
]sec[9.1~FORTτ
展望
| 2 , -2 > + | 1 , -1 > の相互作用 原子間相互作用
⇒相分離？
磁気モーメント
⇒磁場依存性？
| 2 , -2 > + | 1 , -1> BECの時間発展
Trap time:0ms| 2 , -2 >
| 1 , -1>
Trap time:50ms260μ
m
実験装置（１）
Optics of laser system
ECLD(repump)
slave laser(Upper MOT)
TC-40(Lower MOT, probe,pump, push)
Magnetic trap coil
cellcoil
実験装置（２）