修 士 論 文 の 和 文 要 旨
大学院電気通信学研究科 博士前期課程量子･物質工学専攻
氏 名 南 聖子 学籍番号 0533053
論 文 題 目 固体表面における超低速準安定状態ヘリウム原子ビームの反射
要 旨
(研究の目的)
我々は超低速準安定状態ヘリウム原子ビームの固体表面における原子波反射の
実験的研究を行っている。これまでにシリコン表面における超低速準安定ヘリウ
ム原子ビームの量子反射を観測し、シリコン表面にridgeを付け表面の密度を下げ
ることで強い反射率を得ている。高い反射率を安定して得ることができれば、原
子波に対する反射鏡や回折格子に利用できるはずである。本実験では磁気ポテン
シャルによる反射に注目しシリコン表面にニッケルを蒸着して観測を行った。
(実験方法)
レ ー ザ ー 冷 却 に 用 い る 遷 移 は ヘ リ ウ ム 原 子 の
3
S
1-3P2の閉じた遷移で、遷移波長は1083nmであり、
3
P
2の寿命は100nsと比較的長く、ドップラー冷却限
界温度は40μKと低い。基底状態(1
S
0)のヘリウム原
子 を DC放 電 に よ り 準 安 定 状 態 (3
S
1)に 励 起 し 、 原 子
線 源 と し た 。 He*
原 子 を ゼ ー マ ン 同 調 法 に よ り レ ー
ザ ー 冷 却 し 、 磁 気 光 学 ト ラ ッ プ (MOT)す る 。 He*
MOT
の 真 上 か ら パ ル ス レ ー ザ ー 光 (1083nm)を 入 射 し He*
原子を鉛直に落下させる。He*
原子はMOTの下にほぼ
鉛直に置いたシリコン表面付近で反射される。反射
原 子 の 位 置 の 検 出 に は MCPを 用 い た 。 シ リ コ ン 表 面
に入射した原子の法線速度は、シリコンプレートを
設置する角度、He*
原子をMOTから押しだす光の強度
と照射時間で決まり、さらにMCPのゲートを開ける
タ イ ミ ン グと ゲ ー ト 時間 を 制 御 し速 度 と 速 度 広 が
りを選択している。
(実験に使用したプレート例)
幅2cm、長さ10cm、厚み0.5mmのシリコンプレ
ー ト を 使 用 し た 。 表 面 に 周 期 L=0.4mm,0.6mm,
0.8mmの 3種 類 の 回 折 格 子 状 パ タ ー ン に ニ ッ ケ
ルを蒸着した。ニッケルの膜厚は10nmである。
このプレートの観測結果は図2である。
(結果)
表 面 の 密 度 を さ げ な く て も ニ ッ ケ ル を 蒸 着
す る こ と で 強 い 反 射 を 観 測 し た 。 こ の 現 象 は 磁 性 体 で あ る ニ ッ ケ ル の 磁 気 ポ テ
ンシャルによる反射である。
edge
He* MOT
1083nm LASER
pulse
Si plate
MCP
Image intensifier
CCD camera
PC
0
43cm
113cm
θ
v⊥ ＝
v sinθ
v⊥
v
図 2 MCPで 観 測 し た 量 子 反 射 の 画 像
図 1 量 子 反 射 実 験 の セ ッ ト ア ッ プ
