Физики впервые создали полную модель сильного взаимодействия магнонов и фотонов
Ученые из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ с коллегами впервые создали полную компьютерную модель сильного взаимодействия магнонов и фотонов в системе на основе железо-иттриевого граната и сверхвысокочастотного резонатора. Это исследование актуально для спинтронных и квантовых приложений, например для создания высокочувствительных сенсоров и элементов квантовых систем.
Магнон — квазичастица, которая представляет собой коллективное спиновое возбуждение в магнитных материалах, а фотон — квант электромагнитного излучения или элементарная частица света. При взаимодействии света и магнонов при определенных условиях наблюдается эффект гибридизации, при котором вместо двух обособленных мод (магнонной и фотонной) возникают гибридные состояния. Величина взаимодействия зависит от силы связи между модами. Гибридные магнон-фотонные состояния используются в радиотехнических и квантовых приложениях, например, для создания перестраиваемых фильтров или интерконнектов между кубитами.
Ученые впервые провели моделирование магнон-фотонной гибридизации в простой системе: пленка железо-иттриевого граната и сверхвысокочастотного резонатора в микрополосковой линии. В своей модели они использовали электромагнитное моделирование в специальном программном пакете ANSYS HFSS. Под действием внешнего магнитного поля при микроволновой накачке в пленке образуются магноны, а в резонаторе — фотонные моды от сверхвысокочастотного сигнала. Физики анализировали силу связи, параметры передачи энергии и спектры на наличие расщепления в четырех положениях пленки относительно резонатора. Работа опубликована в журнале «Письма в ЖЭТФ».
«Мы моделировали не абстрактную схему из двух осцилляторов, а полноценную микроволновую структуру с резонатором и пленкой, учитывая тензорную магнитную проницаемость ферромагнетика и ее зависимость от магнитного поля. Мы хотели понять: какая геометрия и какое положение пленки дают максимальное взаимодействие, и можно ли это надежно предсказать численным моделированием — до эксперимента», — рассказал Ансар Сафин, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник и руководитель лаборатории Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и профессор МФТИ.
Результаты показали, что самое сильное взаимодействие происходит при центральном положении пленки железо-иттриевого граната. В этом случае относительное расщепление частот составляет 0,06, а параметр связи ∼166 МГц. Это значит, что при совпадении частот резонатора и пленки они расходятся примерно на 6%, это прямой признак образования гибридных мод. Параметр связи характеризует силу гибридизации и показывает, что в этой частотной области энергия переходит между модами практически без рассеяния. Значения, полученные в других положениях пленки, значительно меньше, чем при центральном положении.
Так, моделирование показало, что решающим фактором, определяющим силу магнон-фотонной связи, является пространственное перекрытие пленки с максимумом сверхвысокочастотного магнитного поля. Исследователи составили наглядную карту управления связью: перемещая пленку от края к центру поля, они получили переход от обособленного существования двух различных мод к сильному взаимодействию между ними.
«Нас впечатлила чувствительность к положению пленки: небольшое смещение может поменять величину расщепления. Это говорит о том, что можно точно настраивать систему, и создавать за счет этой особенности новые приложения», — добавила Кристина Самойленко, сотрудник лаборатории терагерцовой спинтроники Института квантовых технологий МФТИ, студентка Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной Физики МФТИ и сотрудник Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН.
Модель разработана таким образом, чтобы ее было относительно просто проверить экспериментально: структура резонатора легко воспроизводима, а измерения можно проводить на установке для ферромагнитного резонанса. Уже ведется разработка такого микроволнового резонатора, при помощи которого можно проводить исследования не только с пленками железо-иттриевого граната, но и с другими материалами.
Результаты этой работы перспективны для развития перестраиваемых сверхвысокочастотных резонаторов и фильтров, где резонансная частота устройства перестраивается с помощью магнитного поля. Также это имеет значение для разработок высокочувствительных датчиков, так как межмодовые гибридные состояния чувствительны к изменениям в системе, в частности к магнитному полю. В более долгосрочной перспективе это может привести к созданию элементов для гибридных квантовых магнонных схем, где магноны используют как носитель информации (связи) между подсистемами кубитов квантовых компьютеров.
Telegram 
Дзен 
VK Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно