研究利用磁力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)寬帶磁聲混合頻率梳
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近日,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在磁力系統(tǒng)研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過(guò)磁振子與高頻聲子相互作用,在磁力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)寬帶磁聲混合頻率梳。
磁振子系統(tǒng)能夠與光學(xué)光子、微波光子、機(jī)械聲子及超導(dǎo)量子比特等自由度實(shí)現(xiàn)相互耦合,成為構(gòu)建混合量子系統(tǒng)的理想平臺(tái)。同時(shí),磁振子系統(tǒng)利用自旋作為信息載體,在大規(guī)模、低功耗信息處理領(lǐng)域備受關(guān)注。此前,團(tuán)隊(duì)以工藝成熟的釔鐵石榴石微球?yàn)榇耪褡游⑶?,通過(guò)磁—力學(xué)相互作用,在具有機(jī)械模式的諧振腔中實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生磁振子頻率梳。但是,廣泛使用的YIG微球具有較低的磁振子損耗,并支持高品質(zhì)光學(xué)模式與長(zhǎng)壽命機(jī)械振動(dòng),但其球腔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致模式體積較大、非線性系數(shù)較低,限制了磁子頻率梳的頻譜寬度,制約了磁振子系統(tǒng)向大規(guī)模、可擴(kuò)展方向的發(fā)展。
團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)在釔鐵石榴石薄膜器件中構(gòu)建了克爾非線性磁機(jī)械系統(tǒng)。該器件支持磁振子模式與多個(gè)高次諧波體聲波模式耦合。該薄膜器件將磁振子和機(jī)械聲子的模式體積進(jìn)一步降低,使得磁非線性系數(shù)增強(qiáng),系統(tǒng)在低激發(fā)功率下即可清晰觀測(cè)到的磁振子雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。得益于顯著的非線性效應(yīng),團(tuán)隊(duì)激發(fā)了磁子—聲子混合頻率梳,并利用外部注入?yún)⒖嘉⒉▽?shí)現(xiàn)了克爾誘導(dǎo)的頻率梳同步現(xiàn)象,生成的頻率梳帶寬超過(guò)400MHz,對(duì)應(yīng)的梳齒數(shù)目超過(guò)130根。
上述研究為集成磁振子學(xué)器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時(shí),該器件在片上信號(hào)處理和超靈敏檢測(cè)方面具有應(yīng)用潛力,開(kāi)辟了非線性混合磁振子學(xué)研究的新前沿。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physics?Review?Letters)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院等的支持。

(a)磁力薄膜微腔與微波諧振腔之間的耦合示意圖,(b)微波—磁振子—機(jī)械聲子之間相互作用示意圖,(c)實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)示意圖
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