(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２種超伝導材料から構成されたマイクロディスクアレイ及びカバーディスクを備える捕捉部であって、前記マイクロディスクアレイは、前記カバーディスクの面の範囲内に配置され、前記マイクロディスクアレイの超伝導転移温度は、前記カバーディスクの超伝導転移温度より高い、捕捉部と、
均一な第１の磁場と、前記第１の磁場とは逆向きの均一な第２の磁場とを前記捕捉部に印加する磁場印加部と、
前記第１の磁場の印加後に、前記捕捉部を前記カバーディスクの超伝導転移温度より高く前記マイクロディスクアレイの超伝導転移温度より低い第１の温度に冷却し、前記第１の磁場を遮断後に、前記捕捉部を前記カバーディスクの超伝導転移温度より低い第２の温度に冷却する冷却部と
を備え、
前記磁場印加部は、前記捕捉部を前記第１の温度に冷却した後に前記第１の磁場を遮断し、前記捕捉部を前記第２の温度に冷却した後に前記第２の磁場を印加し、
前記第２の磁場は、前記捕捉部の臨界磁場よりも小さいことを特徴とする原子捕捉装置。
【請求項２】
前記捕捉部は、前記マイクロディスクアレイと前記カバーディスクとの間に設けられた絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の原子捕捉装置。
【請求項３】
前記第１の磁場及び前記第２の磁場は、前記捕捉部の積層方向に平行な成分を有する磁場であることを特徴とする請求項１又は２に記載の原子捕捉装置。
【請求項４】
前記捕捉部の近傍に捕捉対象の原子を供給する原子供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の原子捕捉装置。
【請求項５】
第２種超伝導材料から構成されたマイクロディスクアレイ及びカバーディスクを備える捕捉部に均一な第１の磁場を印加するステップであって、前記マイクロディスクアレイは、前記カバーディスクの面の範囲内に配置され、前記マイクロディスクアレイの超伝導転移温度は、前記カバーディスクの超伝導転移温度より高い、ステップと、
前記捕捉部を前記カバーディスクの超伝導転移温度より高く前記マイクロディスクアレイの超伝導転移温度より低い第１の温度に冷却するステップと、
前記第１の磁場を遮断するステップと、
前記捕捉部を前記カバーディスクの超伝導転移温度より低い第２の温度に冷却するステップと、
前記捕捉部の近傍に捕捉対象の原子を供給するステップと、
前記第１の磁場とは逆向きの均一な第２の磁場を前記捕捉部に印加するステップと
を備え、
前記第２の磁場は、前記捕捉部の臨界磁場よりも小さいことを特徴とする原子捕捉方法。
【請求項６】
前記捕捉部は、前記マイクロディスクアレイと前記カバーディスクとの間に設けられた絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の原子捕捉方法。
【請求項７】
前記第１の磁場及び前記第２の磁場は、前記捕捉部の積層方向に平行な成分を有する磁場であることを特徴とする請求項５又は６に記載の原子捕捉方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子を限られた空間内に閉じ込めるための原子捕捉装置及び原子捕捉方法に関し、より詳細には、原子および超伝導素子の量子状態の記憶・変換・制御手段としての応用が可能な原子捕捉装置および原子捕捉方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子は、内部状態を持つ複合粒子であり、電磁場を用いて内部状態を量子力学的に制御することが比較的容易にできる。従って、原子は、将来の量子デバイスの材料として有力な候補となっているが、室温の原子は時速千キロメートルで運動する非常に小さい粒子であるため、その運動エネルギーを奪い、限られた空間内に閉じ込める原子捕捉の技術が重要となっている。
【０００３】
磁気モーメントがゼロでない原子には、磁場の勾配を作ることによって力を加えることができる。すなわち、磁場が強くなるに従ってエネルギーが高くなる内部状態の原子を選択すれば、不均一な磁場を作ることで磁場の極小点に原子を閉じ込めることができる。
【０００４】
その一例として、第２種超伝導体の円形薄膜に侵入する磁束とその磁束と対向する方向に向けて超伝導体の外部から加えた磁場とによって磁場の極小点を作り、これを磁場トラップとして利用することにより原子を捕捉する技術が開発され、原子の捕捉が実現している（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００５】
このような原子を捕捉するための磁場を正確な値に制御することができれば、原子捕捉技術の精度向上、並びに、均一性の向上に寄与すると考えられる。
【０００６】
第２種超伝導体の薄膜を有限の磁場中で常温から超伝導転移温度を超えて低温に冷却すると、その超伝導体の薄膜には、磁束量子Φ0＝ｈ／（２ｅ）（ｈ：プランク定数、ｅ：電気素量）の整数倍の磁束が侵入し、超伝導体にピン留めされる。
【０００７】
たとえば、半径ｒ＝２．５μｍの円形薄膜形状の超伝導体（以下、マイクロディスク超伝導体）を考えると、その半径及び自然定数によって、１つのマイクロディスク超伝導体当たり１磁束量子に相当する大きさとなる単位磁束密度Ｂｒ＝Φ0／（πｒ2）（＝０．１０５ｍＴ）が定まる。そのため、外界から加える磁場の磁束密度ＢｉがＢｒ以下であれば、そのマイクロディスク超伝導体に磁束は侵入しないが、外界から加える磁場の磁束密度Ｂｉを、ｎを自然数としてｎ・Ｂｒ≦Ｂｉ＜（ｎ＋１）・Ｂｒに設定すると、マイクロディスク超伝導体を超伝導転移温度以下まで冷却した時には、マイクロディスク超伝導体に侵入する磁束量子の数はｎ個となる。
【０００８】
よって、マイクロディスク超伝導体に磁束量子を侵入させることで、非特許文献１に記載のマクロなディスクで実現したことと同様に原子を捕捉することは原理的に可能と考えられる。しかしながら、磁場極小点は、最大で、薄膜表面から薄膜半径の１／２程度離れた位置に形成される。そのため、例えばマイクロディスク超伝導体の半径が２μｍ程度と小さい場合、個々のマイクロディスク超伝導体による磁場極小点の位置がマイクロディスク超伝導体表面から高々１μｍと、磁場極小点の位置がマイクロディスク超伝導体表面に著しく接近してしまい、現在までにマイクロディスク超伝導体による原子の捕捉は確認されていない。
【０００９】
また、マイクロディスク超伝導体を同一平面上に多数配列しても、個々のマイクロディスク超伝導体がそれぞれ独立に磁場極小点を生成してしまうため、多数のマイクロディスク超伝導体が単一の磁場極小点を生成することができず、正確な磁場制御をすることができないという問題があった。
【００１０】
上記のように、１つのマイクロディスク超伝導体を使用する場合には、磁場極小点の位置がマイクロディスク超伝導体表面に著しく近いため、原子の捕捉を確認することができなかった。また、多数のマイクロディスク超伝導体を使用する場合には、単一の磁場極小点を作ることが従来技術ではできないため、自然定数の組み合わせの整数倍で規定されるような正確な値に磁場を制御することは実現していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１７７２４９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Fujio Shimizu, Christoph Hufnagel, and Tetsuya Mukai:Phys. Rev. Lett. 103, 2530002-1-2530002, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
超伝導電流や超伝導磁束を用いて原子を捕捉する技術は実現しているが、従来の技術では、自然定数の組み合わせの整数倍で規定されるような正確な値に磁場を制御することは実現していない。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、超伝導磁束が磁束量子Φ0＝ｈ／（２ｅ）という自然定数によって規定される磁束の量子性を利用して、磁束量子の数を制御することで原子を捕捉する磁場を精度良く制御する技術を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述のような問題を解決するために、本発明の請求項１に記載の原子捕捉装置は、第２種超伝導材料から構成されたマイクロディスクアレイ及びカバーディスクを備える捕捉部であって、前記マイクロディスクアレイは、前記カバーディスクの面の範囲内に配置され、前記マイクロディスクアレイの超伝導転移温度は、前記カバーディスクの超伝導転移温度より高い、捕捉部と、均一な第１の磁場と、前記第１の磁場とは逆向きの均一な第２の磁場とを前記捕捉部に印加する磁場印加部と、前記第１の磁場の印加後に、前記捕捉部を前記カバーディスクの超伝導転移温度より高く前記マイクロディスクアレイの超伝導転移温度より低い第１の温度に冷却し、前記第１の磁場を遮断後に、前記捕捉部を前記カバーディスクの超伝導転移温度より低い第２の温度に冷却する冷却部とを備え、前記磁場印加部は、前記捕捉部を前記第１の温度に冷却した後に前記第１の磁場を遮断し、前記捕捉部を前記第２の温度に冷却した後に前記第２の磁場を印加し、前記第２の磁場は、前記捕捉部の臨界磁場よりも小さいことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の原子捕捉装置は、本発明の請求項１に記載の原子捕捉装置であって、前記捕捉部は、前記マイクロディスクアレイと前記カバーディスクとの間に設けられた絶縁層をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の原子捕捉装置は、本発明の請求項１又は２に記載の原子捕捉装置であって、前記第１の磁場及び前記第２の磁場は、前記捕捉部の積層方向に平行な成分を有する磁場であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の原子捕捉装置は、本発明の請求項１から３のいずれかに記載の原子捕捉装置であって、前記捕捉部の近傍に捕捉対象の原子を供給する原子供給手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の原子捕捉方法は、第２種超伝導材料から構成されたマイクロディスクアレイ及びカバーディスクを備える捕捉部に均一な第１の磁場を印加するステップであって、前記マイクロディスクアレイは、前記カバーディスクの面の範囲内に配置され、前記マイクロディスクアレイの超伝導転移温度は、前記カバーディスクの超伝導転移温度より高い、ステップと、前記捕捉部を前記カバーディスクの超伝導転移温度より高く前記マイクロディスクアレイの超伝導転移温度より低い第１の温度に冷却するステップと、前記第１の磁場を遮断するステップと、前記捕捉部を前記カバーディスクの超伝導転移温度より低い第２の温度に冷却するステップと、前記捕捉部の近傍に捕捉対象の原子を供給するステップと、前記第１の磁場とは逆向きの均一な第２の磁場を前記捕捉部に印加するステップとを備え、前記第２の磁場は、前記捕捉部の臨界磁場よりも小さいことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項６に記載の原子捕捉方法は、本発明の請求項５に記載の原子捕捉装置であって、前記捕捉部は、前記マイクロディスクアレイと前記カバーディスクとの間に設けられた絶縁層をさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項７に記載の原子捕捉方法は、本発明の請求項５又は６に記載の原子捕捉装置であって、前記第１の磁場及び前記第２の磁場は、前記捕捉部の積層方向に平行な成分を有する磁場であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、磁束量子Φ0＝ｈ／（２ｅ）の数を制御することで、原子を捕捉する磁場を精度よく制御する技術を実現することができる。
【００２３】
この技術を応用すれば、一定の強さで原子を捕捉することができるので、内部状態・外部自由度の全てがまったく同一の量子状態を持つ原子を多数準備して、スケーラブルな量子デバイスとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る原子捕捉装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る原子捕捉装置の構成を示す図である。
【図３】捕捉部１０１の構成法の一例を立体的に表した図である。
【図４】図３で示される捕捉部１０１の断面の構成を示す図である。
【図５】捕捉部１０１の構成法の他の例を立体的に表した図である。
【図６】図４で示される捕捉部１０１の断面の構成を示す図である。
【図７】捕捉部１０１を、磁場印加部１０３方向から見た形状を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における原子捕捉方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】捕捉部１０１が階段状に磁化されることを説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る原子捕捉装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の捕捉部１０１の近傍に発生する磁場ポテンシャルの形状を示す図である。
【図１２】本発明の構成からカバーディスク２０３を取り除いた場合の捕捉部１０１の近傍に発生する磁場ポテンシャルの形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の実施の形態における原子捕捉装置の構成を示す図である。図１及び図２に示されるように、本発明に係る原子捕捉装置は、超伝導素子を含む捕捉部１０１と、捕捉部１０１を超伝導転移温度以下に冷却する冷却部１０２と、均一磁場１３１及び均一磁場１３１とは逆向きの均一な反転磁場１３２を捕捉部１０１に印加する磁場印加部１０３とを備える。
【００２６】
以下、本発明の最も特徴的である超伝導素子を含む捕捉部１０１の構成及び磁化の方法について記した後、この捕捉部１０１に原子を供給し、その原子を捕捉する方法について記す。
【００２７】
捕捉部１０１として、超伝導転移温度Ｔcの異なる２種類の超伝導体を用いた超伝導素子を作成する。１つ目の超伝導体Ａの超伝導転移温度をＴc[Ａ]とし、２つ目の超伝導体Ｂの超伝導転移温度をＴc[Ｂ]とすると、超伝導転移温度の値がＴc[Ａ]＞Ｔc[Ｂ]の関係となるように１つ目の超伝導体Ａ及び２つ目の超伝導体Ｂを構成する。例えば、１つ目の超伝導体Ａとして第２種超伝導体のホウ化マグネシウム（ＭｇＢ2：超伝導転移温度Ｔc[Ａ]＝３９Ｋ）を用い、２つ目の超伝導体Ｂとしてニオブ（Ｎｂ：超伝導転移温度Ｔc[Ｂ]＝９．２Ｋ）を用いることができる。この例の他にも、バナジウム（Ｖ：超伝導転移温度Ｔc[Ｂ]＝５．３Ｋ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ：超伝導転移温度Ｔc[Ｂ]＝１５．７Ｋ）、銅酸化物高温超伝導体（ＹＢａ2Ｃｕ2Ｏ7-8：超伝導転移温度Ｔc[Ｂ]＝９０〜９５Ｋ）など、ほとんど全ての第２種超伝導体も同様に本発明において利用可能と考えられる。
【００２８】
図３は捕捉部１０１の構成法の一例を立体的に表した図であり、図４は捕捉部１０１の断面の構成の一例を示す図である。図３及び図４には、超伝導材料から構成された複数のマイクロディスクを含むマイクロディスクアレイ２０１と、絶縁層２０２と、超伝導材料から構成されたカバーディスク２０３と、絶縁性基板２０４とを備える捕捉部１０１が示されている。図３及び図４で示される捕捉部１０１は、絶縁性基板２０４上にマイクロディスクアレイ２０１が設けられ、マイクロディスクアレイ２０１上に絶縁層２０２が設けられ、絶縁層２０２上にカバーディスク２０３が設けられるように構成されている。
【００２９】
図５は捕捉部１０１の構成法の他の例を立体的に表した図であり、図６は図５で示される捕捉部１０１の断面の構成を示す図である。図３及び図４と同様に、図５及び図６には、マイクロディスクアレイ２０１と、絶縁層２０２と、カバーディスク２０３と、絶縁性基板２０４とを備える捕捉部１０１が示されている。図５及び図６で示される捕捉部１０１は、絶縁性基板２０４上にカバーディスク２０３が設けられ、カバーディスク２０３上に絶縁層２０２が設けられ、絶縁層２０２上にマイクロディスクアレイ２０１が設けられるように構成されている。
【００３０】
絶縁性基板２０４は、例えば、コランダム、石英、又は酸化シリコンなどとすることができ、絶縁性基板２０４上に捕捉部１０１を構成する超伝導素子を形成することにより、超伝導素子を他の構成に対して絶縁分離された状態とすることができる。冷却部１０２による捕捉部１０１の超伝導素子の冷却は、絶縁性基板２０４を介して行うことができる。
【００３１】
図７は、捕捉部１０１を磁場印加部１０３方向から見た形状を示す図である。図７に示されるように、超伝導体Ａとしてのマイクロディスクアレイ２０１を、例えば、半径ｒ＝２．５μｍの円形薄膜をｎA＝５００００個程度、おおよそ円形に並べることにより作成する。また、図７に示されるように、超伝導体Ｂとしてのカバーディスク２０３を、マイクロディスクアレイ２０１の全体を覆い隠すように、おおよそ半径Ｒ＝１ｍｍの円形薄膜形状となるように作成する。すなわち、マイクロディスクアレイ２０１は、カバーディスク２０３の面の範囲内に絶縁層２０２を介して配置される。ここで、マイクロディスクアレイ２０１におけるマイクロディスクの配置は、カバーディスク２０３の全体に渡りほぼ均一であれば、局所的には不規則であってもよい。このように、マイクロディスクアレイ２０１を絶縁層２０２を介して半径Ｒ＝１ｍｍの円形薄膜形状のカバーディスク２０３に渡ってほぼ均一に配置することにより、後述するような方法で捕捉部１０１に磁場を印加した場合に、捕捉部１０１の下部に単一の磁場極小点を形成することができる。捕捉部１０１全体で１つの磁場極小点が形成されるため、自然定数の組み合わせの整数倍で規定されるような正確な値に磁場を制御することが可能となる。
【００３２】
捕捉部１０１は、絶縁性基板２０４上に、マイクロディスクアレイ２０１及びカバーディスク２０３により絶縁層２０２を挟んで重ねた積層構造を設けることにより構成される。捕捉部１０１の重ね順は、図３及び図４のように「絶縁性基板２０４＋マイクロディスクアレイ２０１＋絶縁層２０２＋カバーディスク２０３」の順でも、図５及び図６のように「絶縁性基板２０４＋カバーディスク２０３＋絶縁層２０２＋マイクロディスクアレイ２０１」の順でも、いずれでも良い。
【００３３】
次に捕捉部１０１の磁化の方法について、図８のフローチャートを用いて説明する。まず、磁場印加部１０３を動作させて、磁束密度Ｂｉがｎ・Ｂｒ≦Ｂｉ＜（ｎ＋１）・Ｂｒである均一磁場１３１であって、捕捉部１０１から磁場印加部１０３の方向に向かう均一磁場１３１を加える（ステップ８０１）。この均一磁場１３１の印加後、冷却部１０２を動作させて捕捉部１０１の冷却を開始する（ステップ８０２）。捕捉部１０１の温度ＴをＴc[Ａ]以上からＴc[Ｂ]＜Ｔ＜Ｔc[Ａ]まで冷却（ステップ８０３）することにより、マイクロディスクアレイ２０１部分を超伝導状態にする。ステップ８０３の冷却後、ステップ８０１で印加した均一磁場１３１を遮断する（ステップ８０４）。これにより、マイクロディスクアレイ２０１のマイクロディスクの各々にｎ個の磁束量子が侵入してピン留めされ、捕捉部１０１は全体としてＭ＝ｎA・ｎ・φ0に磁化される。
【００３４】
ここで、図９は、捕捉部１０１が磁化されたときに、マイクロディスクアレイ２０１の各マイクロディスクが磁化される大きさを縦軸に記し、磁場印加部１０３により加えられた均一磁場１３１の大きさを横軸に記したグラフである。均一磁場１３１が大きくなるにつれて各マイクロディスクの磁化が階段状に大きくなることから、自然定数の整数倍の正確な値に磁化できることが理解できる。
【００３５】
この状態から冷却部１０２を更に動作させて（ステップ８０５）、捕捉部１０１の温度ＴをＴ＜Ｔc[Ｂ]まで冷却（ステップ８０６）することにより、捕捉部１０１のカバーディスク２０３部分も超伝導状態にする。それにより、外から加えた磁場はカバーディスク２０３部分に流れるマイスナー電流で打ち消すことができるようになる。すなわち、カバーディスク２０３に覆われたマイクロディスクアレイ２０１の個々のマイクロディスクの間には、外部から加えた磁場が侵入することができない。そのため、マイクロディスクアレイ２０１の個々のマイクロディスクが独立に磁場極小点を生成するのではなく、多数のマイクロディスクが全体として１つの磁場極小点を生成ことができるようになる。
【００３６】
以上のように磁化した捕捉部１０１により原子を捕捉するためには、対象となる原子を捕捉部１０１の近傍にまで供給する（ステップ８０７）必要がある。例えば、図１０で示される原子捕捉装置を用いた原子の捕捉方法のように、予め室温（２０℃程度）から磁気光学トラップ５０１により予備冷却（数百マイクロケルビン程度）した原子を、四重極磁場トラップ５０２中に保持し、四重極磁場トラップ５０２を移動させることにより、保持した原子を捕捉部１０１の近傍にまで供給すれば良い。予備冷却した原子を供給する手段としては、この他にも光トラップ（ＦＯＲＴ：Far off resonant optical trap）なども利用可能である。なお、冷却された原子は、室温の原子との衝突により簡単に加熱され、高いエネルギーを持ち捕捉できなくなるため、これらのことは他の原子との衝突確率が極めて小さい真空中で行う。
【００３７】
捕捉対象となる原子は、レーザー冷却可能な磁気モーメントがゼロでない原子であれば良いので、例えばルビジウム原子（87Ｒｂ）の｜Ｆ＝２, ｍＦ＝＋２〉状態、｜Ｆ＝２, ｍＦ＝＋１〉状態、|Ｆ＝１, ｍＦ＝−１〉状態、ルビジウム原子（85Ｒｂ）の｜Ｆ＝３, ｍＦ＝＋３〉状態、|Ｆ＝３, ｍＦ＝＋２〉状態、｜Ｆ＝３, ｍＦ＝＋１〉状態、｜Ｆ＝２, ｍＦ＝−２〉状態、｜Ｆ＝２, ｍＦ＝−１〉状態、リチウム原子（7Ｌｉ）の｜Ｆ＝２, ｍＦ＝＋２〉状態、｜Ｆ＝２, ｍＦ＝＋１〉状態、｜Ｆ＝１, ｍＦ＝−１〉状態、ナトリウム原子（23Ｎａ）の｜Ｆ＝２, ｍＦ＝＋２〉状態、｜Ｆ＝２, ｍＦ＝＋１〉状態、｜Ｆ＝１, ｍＦ＝−１〉状態、カリウム原子（39Ｋ）の｜Ｆ＝２, ｍＦ＝＋２〉状態、｜Ｆ＝２, ｍＦ＝＋１〉状態、｜Ｆ＝１, ｍＦ＝−１〉状態、セシウム原子（133Ｃｓ）の｜Ｆ＝４, ｍＦ＝＋４〉状態、｜Ｆ＝４, ｍＦ＝＋３〉状態、｜Ｆ＝４, ｍＦ＝＋２〉状態、｜Ｆ＝４, ｍＦ＝＋１〉状態、｜Ｆ＝３, ｍＦ＝−３〉状態、｜Ｆ＝３, ｍＦ＝−２〉状態、｜Ｆ＝３, ｍＦ＝−１〉状態などを用いれば良い。
【００３８】
原子を保持した四重極磁場トラップ５０２を、捕捉部１０１の下、約１ｍｍの位置まで搬送した後、四重極磁場トラップ５０２の駆動電流を遮断すると同時に、磁場印加部１０３を動作させ、捕捉部１０１に向けて磁束密度Ｂｅの均一な反転磁場１３２を印加する（ステップ８０８）。それにより、捕捉部１０１の近傍に不均一な磁場が形成されるようになる。このような不均一な磁場が形成されることにより、不均一な磁場の磁場勾配によるポテンシャルの磁場極小点において原子を捕捉することが可能となる。ここで、反転磁場１３２の磁束密度Ｂｅは、捕捉部１０１の超伝導性が壊れる臨界磁場より小さければどのような値でもよい。磁束密度Ｂｅを調節することにより、単一の磁場極小点が形成される、捕捉部１０１からの高さを調節することができる。
【００３９】
この原子捕捉方法において、捕捉部１０１を磁化させる均一磁場１３１の向きと原子捕捉時に加える反転磁場１３２の向きとが互いに逆向きであれば、磁場の極性のすべてが反転した場合でも同様に原子を捕捉することができる。また、捕捉部１０１には、捕捉部１０１の各層２０１−２０４の積層方向に平行な成分を有する磁場を磁場印加部１０３により印加するとよい。
【００４０】
図１１は、本発明の方法により原子を捕捉する場合に、捕捉部１０１の近傍に形成される不均一磁場の、捕捉部１０１の中心を通る平面によって切断して得られる断面形状を、側方より見た状態を模式的に示している。なお、不均一磁場の局所的な方向を矢印１５１の向きで、強さを矢印１５１の長さで表し、磁場極小点１５２付近の磁場の状態を等磁場強度曲線１５３により表している。図１１には、カバーディスク２０３によりマイクロディスクアレイ２０１の個々のマイクロディスクの間に外部から加えた磁場が侵入することができないため、捕捉部１０１のマイクロディスクアレイ２０１全体で１つの磁場極小点が形成されていることが示されている。
【００４１】
図１２は、本発明に係る捕捉部１０１の構成からカバーディスク２０３を取り除いた場合に、捕捉部１０１の近傍に形成される不均一磁場の、捕捉部１０１の中心を通る平面によって切断して得られる断面形状を、側方より見た状態を模式的に示している。図１２に示されるように、カバーディスク２０３が無い場合、マイクロディスクアレイ２０１の個々のマイクロディスクの間を磁場が通り抜けることができるため、個々のマイクロディスクがそれぞれ磁場極小点を形成し、図１１のように捕捉部１０１のマイクロディスクアレイ２０１全体で１つの磁場極小点を形成することはできない。
【００４２】
捕捉部１０１を構成するマイクロディスクの形状は、必ずしも真円である必要はなく、互いの面積が等しければ、楕円であっても、多角形であっても、それらの互いに異なる形状が混在する場合であっても同様の効果が期待できる。また、カバーディスク２０３もマイクロディスクアレイ２０１を覆い隠す形状であれば、真円である必要はなく、楕円であっても、多角形であっても同様の効果が期待できるが、真円に近い方が安定に原子を捕捉できる。
【００４３】
捕捉部１０１を構成するマイクロディスクの形状、および、マイクロディスクアレイ２０１は、例えば半径ｒ＝２．５μｍの薄膜ループ（マイクロループ）形状、および、マイクロループアレイとしても、同様の効果が期待できる。このとき、物理的には「マイクロディスクに侵入する磁束が量子的に振る舞う」ことは「マイクロループの内側を貫く磁束が量子的に振る舞う」ことで置き換えられる。なお、このマイクロループは必ずしも円環形状である必要はなく、ループの内側が囲む面積が等しければ、楕円環形状であっても、多角形環形状であっても同様の効果が期待できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  捕捉部
１０２  冷却部
１０３  磁場印加部
２０１  マイクロディスクアレイ
２０２  絶縁層
２０３  カバーディスク
２０４  絶縁性基板
５０１  磁気光学トラップ
５０２  四重極磁場トラップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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