線形ポールトラップにおけるクーロン結晶の画像観測と制御原子物理研究室＜研究目的＞ A0574013 飯田貴之線形ポールトラップの場合は電荷密度は r に依存せずにレーザー冷却により生成される極低温イオンのクーロン結晶は、量子計算機やレーザー冷却が困難な原子・分子一定となる特徴がある。＜実験結果＞イオンの共同冷却への応用が可能である。当研究室では既本研究では、内径ｒ０＝3.5mm、全長 39mm の線形ポに線形ポールトラップ(線形四重極トラップ)におけるクールトラップを用いた。トラップの中心部の長さは 10mm ーロン結晶の画像観測に成功しているが[1]、イオン数はであり、従来のトラップより、短くすることでクーロン結高々100 個程度のものであり、また安定性は不十分であり、晶の変形を行いやすくした。図１(a)に観測されたクーロイオン－分子衝突実験等への応用は困難であった。そこでン結晶の CCD 画像を、(b)にその時得られた蛍光スペクト本研究では従来用いていた線形ポールトラップを小型化ルを示す。図１(b)のスペクトル幅から求められた温度は T し、さらに改良したレーザーシステムと、蛍光検出光学系 = 128mK であり(1)(2)式からイオン数はおよそ 1300 個、を用いることで、より安定なクーロン結晶の生成・観測とプラズマ結合定数はΓ = 7.3 と求められた。本実験では従結晶構造の制御を行うことを目的として実験を行った。ま来よりも安定で大きなクーロン結晶を生成することが可た量子計算機への応用が期待されている二次元クーロン能であり、極低エネルギーイオン－分子衝突実験への応用結晶の生成も試みた。が期待できる結果を得た。発表では、クーロン結晶のトラ＜プラズマ結合定数とイオン電荷密度＞ップパラメータ依存性と二次元クーロン結晶の観測結果トラップされたイオン集団がレーザー冷却によって十についても報告を行う。分に冷却されると、イオンの熱運動エネルギーとイオン－＜参考文献＞イオン間のクーロン相互作用エネルギーが匹敵し、各イオ [1]宮前明雄, 2004 年度卒業研究ンがランダムに運動しているイオン雲の状態からイオン [2]小暮悟史, 2007 年度卒業研究が配列した状態、すなわちクーロン結晶が生成される。こ 900 の相転移が起きるかどうかは、イオンの熱的エネルギーマ結合定数  q2 （kB：ボルツマン定数、q: イオン電荷）（１） 4 0 aW k BT の大きさにより決まる。ここで T はイオン温度であり、イ (b)) 800 LIF intensity(arb.units) (kBT)とイオン間のクーロンエネルギーの比であるプラズ (a) 700 600 500 400 300 200 0.8mm 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 laser sweep frequency (MHz) オン数密度を nq とすると、aW= [3/4πnq]1/3 と表せる。線形図１．実験で観測された Ca+クーロン結晶の(a)CCD 画像ポールトラップにおけるイオンのゼロ温度数密度はポアと(b)蛍光スペクトル。CCD カメラの露光時間は１０秒でソン方程式から次式のように求められる。ある。トラップパラメーターは f = 5.63 [MHz] , Vac = nq  4 0Vac2 m 2 r04 (2) m, q:イオンの質量と電荷, r0:イオントラップの内径, Vac: 高周波交流振幅 241.5 [V] , Vdc = 0 [V] , Vz = 12.51 [V] ,である。図(b)のピークにおけるレーザー周波数で CCD 画像を撮影した。