研究分野
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自然科学一般 / 半導体、光物性、原子物理 / 量子エレクトロニス
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ナノテク・材料 / 光工学、光量子科学 / レーザー分光学
所属
学部 理工学部 専任教授
職名
専任教授
外部リンク
経歴
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明治大学 理工学部物理学科 教授
2003年10月
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明治大学 理工学部物理学科 助教授
1997年
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アメリカ合衆国標準技術研究所（NIST） 研究員・ポスドク 客員研究員
1994年 - 1997年
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通信総合研究所 大学等非常勤研究員 非常勤研究員
1991年4月 - 1992年3月
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東京大学 理学部物理学科 助手
1987年 - 1997年
所属学協会
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日本物理学会
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応用物理学会
委員歴
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文科省大学設置分科会 理学専門委員
2016年 - 2017年
団体区分：政府
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応用物理学会 JJAP/APEX編集委員
2012年4月 - 2019年3月
団体区分：学協会
論文
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光トラップと分光学 査読
分光研究 69 ( 6 ) 204 - 207 2020年
講演・口頭発表等
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誘電体微粒子の表面フォノンポラリトンによる熱放射
倉田みのり,飯倉慶斗,島田佑輔,坂本慧太朗, 吉村英恭,小田島仁司,立川真樹
日本物理学会第76回年次大会 2021年3月 日本物理学会
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誘電体微小球の熱放射におけるサイズ効果 招待
立川真樹
産業計測第３６委員会温度計測分科会第８３回研究会 2022年2月 日本学術振興会
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光トラップが解き明かす微小な物体からの熱放射 招待
立川真樹,小田島仁司
レーザー学会学術講演会第40回年次大会 2020年1月 レーザー学会
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ルビー微粒子からの熱放射におけるPurcell効果
高橋和裕, 竹井敦史, 井上和宏, 竹澤隼, 小田島仁司, 立川真樹
日本物理学会2018年秋季大会 2018年9月 日本物理学会
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Optical trapping of ice crystals and its application in cloud physics 国際会議
M. Tachikawa and K. Nakao
45th Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods 2018年8月 Swedish Institute of Space Physics
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Morphology-dependent thermal radiation from micron- and submicron-sized dielectric particles 国際会議
M. Tachikawa, H. Odashima, R. Kanamoto, H. Tajima, and R. Morino
The 26th International Conference on Atomic Physics 2018年7月
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雷雲の発生機構解明のための氷晶の光トラッピング
中尾晃太郎, 原尾俊行, 立川真樹
日本物理学会2017年秋季大会 2017年9月 日本物理学会
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Mie理論を用いた微粒子の熱放射スペクトルの解析
田島英樹,森野遼,井上和宏,金本理奈,小田島仁司,立川真樹
日本物理学会第72回年次大会 2017年3月 日本物理学会
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誘電体微粒子の熱放射におけるモード選択性
森野遼,小林遥,園田宙志,井上和宏,鶴丸俊郎,立川真樹,小田島仁司
日本物理学会第71回年次大会 2016年3月 日本物理学会
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Size-effect of thermal radiation from a dielectric microparticle 招待 国際会議
M. Tachikawa and H. Odashima
The 8th International Workshop on Fundamental Physics Using Atoms 2015年12月 RIKEN
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Cavity-QED effect in thermal radiation from a microparticle 招待 国際会議
H. Odashima and M. Tachikawa
The 6th International Workshop on Electrostatic Storage Devices 2015年6月 RIKEN
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Optical levitation of a single microparticle for its emission spectroscopy 招待 国際会議
OMC 2015, Optics and Photonics International Congress 2015 2015年4月
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Size dependence of radiation power thermally emitted from a microparticle 国際会議
Hitoshi Odashima, Kousuke Nagase, Toru Ehara, and Hiroshi Sonoda
The 24th International Conference on Atomic Physics 2014年8月
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誘電体微粒子の熱放射における物質依存性
江原徹,永瀬康介,加瀬直也,園田宙志,小林遼,小田島仁司,立川真樹
日本物理学会2013年秋季大会 2013年9月
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光トラップを用いたラマン分光による水の分子間相互作用の研究
山本竜也,村岡梓,立川真樹
日本物理学会2012年秋季大会 2012年9月
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Raman Tweezers Spectroscopy of Supercooled Water Droplet
Maki Tachikawa, Azusa Muraoka, Hidenori Suzuki, and Yoshiki Matsuzaki Maki Tachikawa, Azusa Muraoka, Hidenori Suzuki, and Yoshiki Matsuzaki
The 23rd International Conference on Atomic Physics 2012年7月
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Size effects on thermal radiation of a dielectric microparticle
Maki Tachikawa, Hitoshi Odashima, Naoya Kase, and Kousuke Nagase
The 23rd International Conference on Atomic Physics 2012年7月
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超流動ヘリウム環境下におけるIn原子の電子スピン緩和
加藤裕樹,古川武,小林徹,今村慧,山口康広,Yang Xiaofei,畠山温,立川真樹,松尾由賀利
日本物理学会第67回年次大会 2012年3月
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超流動ヘリウム環境を用いたAu原子のスピン偏極と核スピンの導出
松浦佑一,古川武,小林徹,加藤裕樹,山口康広,今村慧,畠山温,立川真樹,松尾由賀利
日本物理学会第67回年次大会 2012年3月
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Raman spectroscopy of supercooled water droplet suspended in optical trap
Hidenori Suzuki, Yoshiki Matsuzaki, Azusa Muraoka, and Maki Tachikawa
The 6th Conference on the Physics, Chemistry, and Biology of Water 2011年10月
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光トラップを用いた過冷却水滴のラマン分光II
鈴木秀知,松崎良樹,立川真樹
日本物理学会2011年秋季大会 2011年9月
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誘電体微粒子の熱放射におけるサイズ効果
加瀬直也,永瀬康介,小田島仁司,立川真樹
日本物理学会2011年秋季大会 2011年9月
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光トラップを用いた過冷却水滴のラマン分光
鈴木秀知,松崎良樹,吉良和高,高野慧,立川真樹
日本物理学会第66回年次大会 2011年3月
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超流動ヘリウム環境を用いたAu原子の光ポンピングと二重共鳴
松浦佑一,古川武,小林徹,加藤裕樹,山口康広,今村慧,幕田将宏,畠山温,立川真樹,松尾由賀利
日本物理学会第66回年次大会 2011年3月
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生体物質を用いた原子光学のための低速原子ビームの生成
池本理恵,八田泰助,秋山真二,久保島彩,立川真樹
日本物理学会第66回年次大会 2011年3月
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超流動ヘリウム中でのIII族原子In, Gaの励起スペクトル
加藤裕樹,古川武,小林徹,松浦祐一,畠山温,立川真樹,松尾由賀利
日本物理学会2010年秋季大会 2010年9月
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Au原子の光ポンピングに向けた紫外領域光源開発
松浦佑一, 古川武, 小林徹, 畠山温, 加藤祐樹, 立川真樹, 松尾由賀利
日本物理学会第65回年次大会 2010年3月
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光トラップされた微小水滴からのラマン散乱
居村翔一, 鈴木秀知, 松崎良樹, 立川真樹
日本物理学会第65回年次大会 2010年3月
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超流動ヘリウム中での光ポンピングを用いたAu原子の偏極生成
松浦佑一, 古川武, 藤掛浩太郎, 畠山温, 小林徹, 立川真樹, 松尾由賀利
日本物理学会2009年秋季大会 2009年9月
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Morphology-dependent thermal radiation from micro-particle
M. Tachikawa, H. Odashima, and K. Takehiro
International Conference on Laser Spectroscopy 2009 2009年6月
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ピラミッドMOTによるCs原子のレーザー冷却
上田敏史, 石崎智也, 恵畑亮, 立川真樹
日本物理学会第64回年次大会 2009年3月
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微粒子の黒体放射におけるサイズ効果
竹廣恵, 北崎隆紀, 立川真樹, 小田島仁司
日本物理学会第64回年次大会 2009年3月
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ラジオメトリックフォースの測定
佐藤祐亮, 高塚千州都, 立川真樹
日本物理学会2008年秋季大会 2008年9月
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発光微粒子の光トラップ
竹廣恵, 久木宮領, 清水川聡, 北崎隆紀, 立川真樹, 小田島仁司
日本物理学会2008年秋季大会 2008年9月
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過冷却水滴の光トラップとその相転移Ⅱ
居村翔一, 米山夏生, 立川真樹
日本物理学会2008年秋季大会 2008年9月
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過冷却水滴の光トラップとその相転移
居村翔一, 小田垣絢子, 中村仁美, 立川真樹
日本物理学会 第63回年次大会 2008年3月
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対流に助けられた微粒子の光トラップ
竹廣恵,落合哲也,木暮晃成,立川真樹,小田島仁司
日本物理学会 62回年次大会 2007年9月
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レーザーアブレーションにより生成したショ糖微粒子の光トラップ
落合哲也, 持田徹, 木暮晃成, 竹廣恵, 立川真樹, 小田島仁司
日本物理学会 2006年9月
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EIT resonance of Cs atoms in a thin cell 国際会議
K. Fukuda, A. Toriyama, A. Izmailov, and M. Tachikawa
17th International Conference on Laser Spectroscopy 2005年6月
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Optical trapping of ice crystals
K. Taji, M. Tachikawa, and K. Nagashima
17th International Conference on Laser Spectroscopy 2005年6月
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ダイヤモンドダストの光トラップ
田地和喜, 落合哲也, 深谷浩生, 立川真樹
日本物理学会 2005年次大会 2005年3月
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薄いガラスセル中の原子の位相緩和
鳥山顕宏, 福田京也, 細川瑞彦, 立川真樹
日本物理学会 2005年会 2005年3月
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薄いセル中のＣｓ原子のＥＩＴ信号Ⅱ
鳥山顕宏, 福田京也, 細川瑞彦, 立川真樹
日本物理学会 2004秋季大会 2004年9月
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Optical Collimation of Atomic Beam 国際会議
S. Hayashi, H. Murai, and M. Tachikawa
2004 Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2004年6月
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Caイオン計測用半導体レーザーの絶対周波数測定
村上典靖, 福田京也, 李エイ, 伊東宏之, 細川瑞彦, 立川真樹
日本物理学会年会 2004年3月
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レーザー照射によるフラーレン結晶の析出
田地和喜, 佐藤知広, 林伸一郎, 立川真樹
日本物理学会年会 2004年3月
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レーザー放射圧による単結晶の3次元トラップ
工藤昭仁, 田地和喜, 立川真樹
日本物理学会年会 2004年3月
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中空原子誘導路内での原子の非線形振動の解析
林伸一郎, 藤平威尚, 立川真樹
日本物理学会秋季大会 2003年9月
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Dynamics of laser-guided atoms in hollow-core fiber 国際会議
S. Hayashi, A. Ishimizu, T. Tohei, and M. Tachikawa
16th International Conference on Laser Spectroscopy 2003年7月
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中空ファイバー内のレーザー光ポテンシャル中でのＣｓ原子の運動の観測
林伸一郎, 石水昭夫, 立川真樹
日本物理学会 2003年3月
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薄いセル中のCs原子を用いたレーザー周波数安定化
木下基, 福田京也, 細川瑞彦, A. Izmailov, 立川真樹
日本物理学会 2003年3月
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分子の空間捕捉のためのショ糖のレーザーアブレーション
沼本美由紀, 谷貴大, 立川真樹, 小田島仁司, 森脇喜紀, 梶田雅稔
日本物理学会 2003年3月
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レーザー放射圧下の微粒子の運動
柏木宏之, 工藤昭仁, 立川真樹
日本物理学会 2002年9月
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薄いセル中のセシウム原子のEIT信号II
木下基, 福田京也, 長谷川敦司, 細川瑞彦, 立川真樹
日本物理学会 2002年9月
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Electromagnetically induced transparency of Cs atoms in a thin cell 国際会議
K. Fukuda, A. Hasegawa, and M. Tachikawa
The 18-th International Conference on Atomic Physics 2002年7月
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Loss Mechanism of Electrostatically Trapped Molecules 国際会議
M. Kajita, H. Odashima, Y. Moriwaki, and M. Tachikawa
International Quantum Electronics Conference 2002 2002年6月
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Population Relaxation of Cs Atoms in MOT 国際会議
A. Hasegawa, K. Fukuda, T. Suzuki, T. Kobayashi, M. Tachikawa, and M. Hosokawa
Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2002 2002年6月
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中空ファイバー内のレーザー光によるＣｓ原子の誘導Ⅱ
林伸一郎, 立川真樹
日本物理学会 2002年3月
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薄いセル中のセシウム原子のEIT信号
福田京也, 長谷川敦司, 立川真樹, 細川瑞彦
日本物理学会 2002年3月
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薄いセル中のＣｓ原子のサブドップラースペクトル形状
大竹道香, 福田京也, 立川真樹
日本物理学会 2002年3月
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トラップされたセシウム原子の過渡時間応答
鈴木隆行,長谷川敦司,吉野洋子,福田京也,立川真樹,細川瑞彦
日本物理学会 2001年9月
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薄いセルを用いたCs原子の高分解能分光
大竹道加,福田京也,立川真樹
日本物理学会 2001年9月
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析出微結晶のレーザー捕捉II
太田武見,吉田幸司,直井浩一,藤平威尚,立川真樹
日本物理学会 2001年9月
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Dynamic Properties of Electrostatically Trapped Polar Molecules 国際会議
M.Kajita, H.Odashima, Y.Moriwaki, T.Suzuki, and M.Tachikawa
The 15th International Conference on Laser Spectroscopy 2001年6月
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Laser trapping of alum crystal precipitating from saturated solution 国際会議
M. Tachikawa, T. Ota, and K. Yoshida
The 15th International Conference on Laser Spectroscopy 2001年6月
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レーザー放射圧下での結晶成長
◎太田武見*(大学院生), 吉田幸司*(学部生), 吉村英恭(教授), 立川真樹(助教授)
日本物理学会 2001年3月
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Laser Trapping of Precipitated Crystal
◎T. Ota*(大学院生), K. Yoshida*(学部生), M. Tachikawa(助教授)
2001年1月
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Atom Billards Using Optical Dipole Force
◎S. Hayashi*(大学院生), M. Tachikawa(助教授)
2000年11月
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中空ファイバー内のレーザー光によるCs原子の誘導
◎林伸一郎*(大学院生), 大竹道香*(学部生), 立川真樹(助教授)
2000年9月
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電場トラップ中の回転極性分子の運動解析
◎鈴木隆行*(学部生), 梶田雅稔*(CRL・研究員), 小田島仁司*(富山大・助教授), 森脇喜紀*(分子研・助手), 立川真樹(助教授)
2000年9月
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析出微結晶のレーザー捕捉
◎太田武見*(大学院生), 吉田幸司*(学部生), 立川真樹(助教授)
2000年9月
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薄いセル中のCs原子のサブドップラースペクトル
古川学,福田京也,林伸一郎,立川真樹
日本物理学会 1999年3月
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Synchronization in Laser Chaos 国際会議
M. Tachikawa
ATR conference on Laser Chaos 1998年10月
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レーザーにおけるカオスの同期現象 招待
立川真樹
応用物理学会シンポジウム 1998年9月
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薄いセルによる原子の高分解能分光
林伸一郎, 福田京也, 立川真樹
応用物理学会 1998年9月
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2モードCO2レーザーにおける不安定性とカオス
◎谷井一者*, 清水忠雄*(教授), 藤平威尚*(助手), 菅原俊樹*(大学院生), 立川真樹(助教授)
1998年3月
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レーザー系におけるカオスの同期現象
1998年3月
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Extension of FIR Laser Spectroscopy to Higher Frequencies
◎M.Tachikawa(助教授), H.Odashima*(助教授), L.R.Zink*, K.M.Evenson*
1997年9月
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Hydrazine:the forgotten FIR lasing gas
◎E.Vasconcellos*(教授), S.C.Zerbetto*(大学院生), L.R.Zink*, K.M.Evenson*, M.Tachikawa(助教授)
1997年7月
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Tunable far-infrared spectroscopy in the 6 to 8 THz region
◎H.Odashima*(助教授), L.R.Zink*, K.M.Evenson*, M.Tachikawa(助教授)
1997年7月
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New far-infrared laser lines from N2O laser pumped hydrazine and frequency measurements
◎E.Vasconcellos*(教授), L.R.Zink*, K.M.Evenson*, M.Tachikawa(助教授)
1997年7月
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Hysteresis loop in parameter-variable phase space of a bimode CO2 laser with a saturable absorber
◎T.Shimizu*(教授), 研究員K.Tanii*, T.Tohei*(助手), M.Tachikawa(助教授)
1997年7月
共同研究・競争的資金等の研究課題
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光トラップを利用した氷晶の衝突帯電機構の解明
研究課題/領域番号：20K03822 2020年4月 - 2023年3月
日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究(C) 基盤研究(C)
立川 真樹, 長島 和茂
担当区分：研究代表者
配分額：4420000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：1020000円 ）
雷は最も身近な自然現象の一つだが、実はその発生機構は根本的なところがまだ解明されていない。雷雲の中では、氷の粒子同士が互いに衝突することによって静電気を帯び、雷雲の下部には負の電荷が上部には正の電荷が蓄積する。こうして蓄積した電気が空気の絶縁を破って地面や雲内に放電したものが雷である。しかし、同じ物質である氷同士の衝突で正・負の電荷が生じる理由、また、正・負の電荷が生じたとしても、符号によって上下反対方向に運ばれる理由が明らかになっていない。
本研究では、光トラップによって氷の微結晶を空中に静止させ、光の放射圧で加速した氷晶を衝突させて帯電の様子をその場観測する。衝突する氷晶の形状・衝突速度等を厳密に指定した実験から帯電の極性を決める属性を明らかにし、百年来の課題である雷雲の電荷分離機構の理解を前進させることが本研究の目的である。
2020年度の研究により、ほとんどの場合に、光トラップ内で衝突した氷晶同士は合体してしまうことが明らかになった。環境の温度を-５℃から-35℃まで変化させてもこの状況は変わらない。実際の雲中に比べて、氷晶の衝突速度が１桁以上小さいことが衝突後分離せずに合体してしまう要因と考えられる。
そこで2021年度は、衝突速度を上昇させるための光学系を検討するために、単一のガウスビームによる雲粒の加速特性を測定した。雲粒は光の放射圧と空気抵抗を受けて運動し、放射圧が最も強くなるガウスビームの焦点より少し下流で最大速度に達することが、実験と運動方程式によるシミュレーションから明らかになった。今後、この基礎データをもとにあらたな光学系を設計する必要がある。 -
誘電体微粒子の単色熱放射
研究課題/領域番号：17K05603 2017年4月 - 2020年3月
日本学術振興会 基盤研究（Ｃ） 基盤研究(C)
立川 真樹, 金本 理奈, 小田島 仁司
担当区分：研究代表者
配分額：3600000円 （ 直接経費：3600000円 ）
我々は、光トラップで捕捉した単一の誘電体微粒子の熱放射スペクトルを計測し、ミクロンサイズの微粒子の熱放射特性を解明してきた。
本研究では、微粒子がさらにサブミクロンまで縮小したときに、熱放射が赤外域の表面フォノンポラリトンの周波数に単色化することを検証した。光トラップされた単一粒子からの赤外スペクトルを観測することはできなかったが、分散した微粒子集団からのFTIR分光から、微粒子ではバルクの熱放射が抑制される帯域で放射が起きることがわかり、表面モードの存在が支持された。一方、光トラップされたルビー微小球の可視域のスペクトルから、熱放射においてもPurcell効果が起きることが示唆された。 -
微小な物体の熱放射に現れるサイズ効果
研究課題/領域番号：26400420 2014年4月 - 2017年3月
日本学術振興会 基盤研究（C） 基盤研究(C)
立川 真樹, 金本 理奈, 小田島 仁司
担当区分：研究代表者
配分額：4940000円 （ 直接経費：3800000円 、 間接経費：1140000円 ）
本研究では、光トラップを用いて高温微粒子を空中に静止させ、その熱放射スペクトルを観測することにより、熱放射のサイズ効果を明らかにした。
ミクロンサイズの誘電体球の場合、微粒子自体が光共振器として作用し、共振器QED効果により特定のwhispering gallery modeの周波数で熱放射の増強が起こる。熱放射スペクトルは、放射体の形・大きさ・光学定数に敏感に依存することが実験・理論両面から明らかになり、スペクトル形状から高温媒質の光学定数を測定できることが示された。さらに粒子がサブミクロンまで縮小すると、表面フォノンポラリトン共鳴が支配的になり、熱放射が単色化することが予想された。 -
生体物質を利用した原子光学素子の開発
研究課題/領域番号：23540469 2011年4月 - 2014年3月
日本学術振興会 基盤研究 (C) 基盤研究(C)
立川 真樹, 吉村 英恭
担当区分：研究代表者
配分額：5200000円 （ 直接経費：4000000円 、 間接経費：1200000円 ）
原子光学は、回折や干渉などの光学現象を原子波で実現するものである。回折格子などの光学素子がμオーダーの周期構造をもつのに対して、原子線のドブロイ波長は極めて短く、同様の原子光学素子にはナノメートルレベルの周期構造が要求される。そこで我々は、生体物質が合成し自己組織化によって配列させる磁性ナノ粒子アレイに着目し、磁性粒子配列が形成する周期的ゼーマンポテンシャルを利用して、物質波に対する回折格子を開発する。本研究では、原子線散乱実験のための基盤技術として、レーザー冷却によってコヒーレントなCs低速原子ビームを生成するとともに、酸化鉄結晶(Fe3O4)を内包するフェリチンの2次元結晶化法を開発した。
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光トラップが開く氷晶の物理学
研究課題/領域番号：19340112 2007年4月 - 2010年3月
日本学術振興会 基盤研究 (B) 基盤研究(B)
立川 真樹, 長島 和茂, 小田島 仁司
担当区分：研究代表者
配分額：19110000円 （ 直接経費：14700000円 、 間接経費：4410000円 ）
本研究の目的は、光の放射圧によって微粒子を空間捕捉する光トラップ技術を用いて水滴や氷の微結晶を空中に静止させ、その相転移や結晶の成長過程をその場観測する実験手法を提供することである。特に、過冷却水滴は固体表面との接触により瞬時に凍結してしまうため、安定に保持することが難しい。我々は光トラップにより過冷却水滴を空中に捕捉し、ミー散乱やラマン散乱光の解析から、その凍結過程における過渡的な形態変化や過冷却状態での分子構造を明らかにした。並行して、対流を併用した新たな光トラップ法を開発し、その安定性を検証した。
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原子光学を用いた量子カオスの実験研究
研究課題/領域番号：16540360 2004年4月 - 2007年3月
日本学術振興会 基盤研究 (C) 基盤研究(C)
立川 真樹, 島田 徳三, 小田島 仁司
担当区分：研究代表者
配分額：3800000円 （ 直接経費：3800000円 ）
「古典力学の枠組みでカオス運動している系を量子力学で扱うとどのような側面をみせるのか」という量子カオスの問題は、未だに明確な解答が得られていない開かれた問題である。本研究の目的は、電磁場による原子の操作技術を用いて中性原子に対して非線形ポテンシャルを形成し、その中での原子のダイナミクスからカオス系の量子状態を探ることである。以下に各成果をまとめる。
1.磁場勾配によってアトムチップ上に空間捕捉された原子の運動を古典的に解析し、パラメータ変調に伴って原子の振動運動がカオスになることを見出した。レーザー冷却により10μK程度まで低温化された原子集団は、パラメトリック励振により加熱される。観測されるパラメトリック励振スペクトルは、古典論によりよく再現されることから、原子は質点としてカオス振動を行っていることが明らかになった。また、磁気ポテンシャルの非調和性を利用して比熱を制御し、原子集団の内部エネルギーを保存したまま温度を変化させる方法を見出した。以上の成果は、Imperial College LondonのCenter for Cold Matterとの共同研究によるものである。
2.中空ファイバーを用いた光原子誘導路を原子が通過する際、光強度の定常変調によって横方向の振動運動がカオスになる。入射原子をレーザー冷却により低温化するために、光源の周波数安定化を行った。磁気光学トラップの製作は、現在尚進行中である。また、電磁誘起透明化現象を利用した新しいレーザーの周波数安定化法を開発した。
3.対向ビームを用いて非調和ポテンシャルを形成し、μオーダーの微粒子を空間捕捉した。六角柱の氷の微結晶が光でトラップできることを初めて立証するとともに、対流により光トラップの寿命が大幅に伸びることを見出した。
4.非可積分系に内包する周期軌道を広範囲に検索するために、狙い撃ち法に基づく新しいアルゴリズムを開発した。これを異方性のあるケプラー問題、電磁場中の水素原子に適用し、計算時間が大幅に短縮されることを確かめた。 -
シュタルク効果を利用した分子の空間捕捉
研究課題/領域番号：12440114 2000年4月 - 2003年3月
日本学術振興会 基盤研究 (B) 基盤研究(B)
立川 真樹, 小田島 仁司, 梶田 雅稔, 森脇 喜紀
担当区分：研究代表者
配分額：13000000円 （ 直接経費：13000000円 ）
光による原子の運動制御技術は近年急速な発展を遂げ、レーザー冷却やトラッピングに代表されるように幅広く応用されている。ところが、一般に分子と光の相互作用は原子に比べて弱く、従来の方法による分子の運動操作は非常に困難である。そこで本研究では、高圧電極や強力なレーザー光によって大きな電場勾配を作り出し、それによるシュタルク効果を利用して気体分子を空間に捕捉する新技術の確立を目的とする。本研究の成果は、以下の3つに大別される。
1.四重極静電場中の極性分子の運動について理論的に考察し、空間捕捉されるための諸条件やトラップ寿命、トラップ内での分子衝突断面積などの特性を明らかにした。マヨラナ効果により生じる重心運動の軌道不安定性について古典モデルによる解析を行い、電場の強いトラップ外周を回る分子は数秒程度の十分長い寿命を持つことを確認した。また、分子をトラップに導入する際予備冷却によってその蓄積効率は大幅に改善する。そのためのリング型電極を用いた新しい分子減速法を提案した。
2.光トラップによる閉じ込め効果を確認する予備実験として、飽和溶液から析出する結晶微粒子をレーザー光の焦点に集積させる実験を行った。ビーム中に集められた結晶は球形をしており、電子線回折の結果から多結晶であることがわかる。レーザー電場による勾配力で析出途中の微小な単結晶がビーム中心に集められ、お互いに結合することで多結晶粒になったと考えられる。これは、レーザー捕捉が結晶成長の制御に利用できることを示唆する新しい成果である。
3.光トラップのなかで分子を生成するために、トラップ光自身の熱効果を利用した分子性結晶のレーザーアブレーションを提案した。現在、炭酸ガスレーザーの焦点に残留した分子を光イオン化により高感度に検出する実験が進行中である。 -
レーザー光操作による単一量子状態分子線の実現
研究課題/領域番号：10640391 1998年4月 - 2000年3月
日本学術振興会 基盤研究 (C) 基盤研究(C)
立川 真樹
担当区分：研究代表者
配分額：3500000円 （ 直接経費：3500000円 ）
本研究は、中空キャピラリー内を伝播するレーザー光によってポテンシャルを作り出し、特定の量子状態の原子・分子を誘導する技術の開発を目的としたものである。
1.原子ソース部、キャピラリー設置部、誘導原子検出部からなる真空装置(到達真空度10^<-8>Torr)を製作した。
2.誘導用レーザーの周波数安定化のために、薄いセルを用いた高分解能分光法を開発した。狭窄化したスペクトル線の中央に半導体レーザー周波数をロックし、周波数安定度を測定したところ、アラン分散の平方根で10^<-10>以下の良好な値が得られた。
3.キャピラリーに原子を入射させる際、速度の遅い原子線を用いるのは、誘導効率を上げる有効な方法である。そこで予備実験としてRb原子線のレーザー冷却実験を行った結果、レーザー照射によって最確速度を半分に減速することができた。
4.レーザー光による誘導効果を確認するには、誘導される原子・分子を高感度に検出する手段が不可欠である。そこで、イオン化した原子をチャンネルトロンに誘導し、2次電子放出パルスを計数するイオンカウンティング法を開発した。原子のイオン化には、灼熱した電熱線表面における表面イオン化、また半導体レーザーとNd : YAGレーザーの2光子吸収による光イオン化を用い、Cs原子線の検出実験を行ってその感度を評価した。
5.中空キャピラリーに数百mWの近赤外レーザー光を入射し、キャピラリーから出射するCs原子数を測定した。レーザー光を入射すると、Cs原子数が増加する現象が観測された。原子数はレーザーパワーとともに単調に増加するものの、光ポテンシャル効果に特有の共鳴付近でのレーザー周波数依存性を示さなかった。レーザー照射に伴う何らかの熱的効果とも考えられるが、現状では原因の特定には至っていない。
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