초록 ▼

○ 연구개요
본 과제의 최종 목표는 ring 퍼텐셜에서 BEC를 이용하여 간섭계를 만들고 회전운동 측정이 가능한 원자 자이로를 개발하는 것이다. 1단계 (2014-2016년)에서 BEC를 생성하는데 성공하였고, 고리형 퍼텐셜이 가능하다는 것을 실증하였다. 2단계인 본 연구는 원자칩에 RF를 활용하여 고리형 퍼텐셜을 만들고, 생성된 보즈-아인슈타인응축(BEC : Bose-Einstein condensate) 상태의 원자매질을 고리형 퍼텐셜 내에서 서로 반대방향으로 진행하는 한 쌍의 쌍생성 원자빔(Twin-atom beams)을

○ 연구개요
본 과제의 최종 목표는 ring 퍼텐셜에서 BEC를 이용하여 간섭계를 만들고 회전운동 측정이 가능한 원자 자이로를 개발하는 것이다. 1단계 (2014-2016년)에서 BEC를 생성하는데 성공하였고, 고리형 퍼텐셜이 가능하다는 것을 실증하였다. 2단계인 본 연구는 원자칩에 RF를 활용하여 고리형 퍼텐셜을 만들고, 생성된 보즈-아인슈타인응축(BEC : Bose-Einstein condensate) 상태의 원자매질을 고리형 퍼텐셜 내에서 서로 반대방향으로 진행하는 한 쌍의 쌍생성 원자빔(Twin-atom beams)을 생성하고, 이들의 중첩을 통해 나타나는 원자간섭을 실증함으로써 위상확산(phase diffusion)의 한계를 극복한 정밀 측정 연구의 기반을 확보하고자 한다. 년차별로 원자칩 기반의 RF 입은 고리형 퍼텐셜을 안정화, RF 입은 고리형 퍼텐셜 속 쌍생성 원자빔 생성, 및 원자빔의 중첩에 의한 원자간섭현상 실증 연구를 수행하였다. 본 연구의 최종 목표인 원자 자이로는 개발하는 3단계를 위한 준비가 잘 되었다고 판단한다.

○ 연구 목표대비 연구결과
▸ 1차년도: 원자칩 기반의 RF 입은 (고리형)퍼텐셜 안정화
- 빠른 스위칭이 가능하면서도 양방향 제어가 가능한 전류제어회로를 적용함으로써 외부 하드웨어를 간소화하고 회로가 적용된 시스템의 BEC 특성을 통화여 안정성을 검증함.
- 포획장의 섭동에 의한 응축 원자의 가열을 최소화 할 수 있는 노이즈 제거 기술의 감소 효과를 입증하고 본 시스템에 충분히 적용 가능한 실험 조건임을 확인함.
- 포획장의 변화에 따른 위상 요동(Phase fluctuation)에 대한 연구를 통하여 기울어진 고리형 퍼텐셜로의 효율적인 응축원자 이송과정을 탐색함.
- 원자칩 도선의 교류에 의한 단일 RF장 펄스를 조절함으로써 응축원자 내부상태의 전이율이 정밀하게 조절됨을 입증함.
▸ 2차년도: RF 입은 고리형 퍼텐셜 속 쌍생성 원자빔 생성
- RF 입은 고리형 퍼텐셜 속 원자빔 생성을 이용한 간섭계 구성 방법을 제안함.
- 포획장 섭동 최적화 알고리즘을 적용하여 원자의 가열 없이 원하는 상태로 온전히 전이시키기 위한 이상적인 포획장의 섭동 함수를 제안함.
▸ 3차년도: 쌍생성된 원자빔의 중첩에 의한 원자간섭현상 실증
- 응축원자들 사이의 상호작용이 간섭무늬 신호에 미치는 영향을 다룸으로써 원자 간섭현상 실증에서 간섭형태의 정밀 분석을 위한 기반 연구를 수행함.
- 회전 측정이 가능한 BEC 초전도 양자 간섭 장치 구현을 위한 기초 연구로써 원자칩 기반의 시스템에서 RF 입은 퍼텐셜을 통하여 조셉슨 접합을 구현하기 위한 실험 조건 및 범위를 제안함.

○ 연구개발결과의 중요성
본 연구는 외장형 원자간섭계의 위상확산의 한계를 극복하고 회전 측정이 가능한 원자칩 기반의 고리형 물질파 간섭계를 구현하기 위한 기초연구로써 간섭계 구현을 위하여 시스템을 안정화 하는 전류제어회로 개발 및 노이즈 제거 기술을 제안하고, RF 입은 고리형 퍼텐셜 속 원자빔 생성 및 원자간섭현상 실증을 위한 간섭계 구성방법과 핵심적으로 필요한 기술인 응축원자 전이를 위한 이상적인 포획장 섭동 함수를 제안하였다. 또한 원자 간섭형태의 정밀 분석을 위한 원자 상호작용 영향 조사, RF펄스를 통한 응축원자 내부상태 전이율 조절 및 BEC 조셉슨 현상 응용연구를 통하여 향후 간섭계에 적용할 수 있는 기반 연구로써의 의미를 지닌다.


(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 본 연구개발의 필요성 ... 4
• 1.2. 연구 목표 및 연구 범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1. 포획장 안정화를 위한 양방향 전류 제어 회로 적용 및 검증 ... 5
• 2.2. 포획장 섭동 안정화를 위한 Noise cancelation ... 7
• 2.3. 포획장의 변화에 따른 위상 요동(Phase fluctuation)에 관한 연구 ... 8
• 2.4. RF장에 의한 포획상태의 응축원자의 전이에 관한 연구 ... 10
• 2.5. 원자 빔 생성을 위한 포획장 섭동 최적화 ... 11
• 2.6. 물질파의 상호작용에 의한 원자간섭 신호의 변화에 관한 연구 ... 13
• 2.7. 포획된 원자 간섭계 활용을 위한 조셉슨 동역학 연구 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 35