Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
После глобальных прорывов прошлого столетия космонавтика неспешно продолжает свое эволюционное развитие. Ученые и инженеры уже несколько десятилетий бьются за каждый килограмм полезной нагрузки, работая над созданием деталей для ракет и спутников из легких и прочных материалов. По словам генерального директора госкорпорации «Роскосмос» Дмитрия Баканова, за последние пять лет в отечественной космонавтике появилось около 30 новых сплавов и композитов, которые сокращают массу изделий. Однако для новых революционных прорывов в отрасли ограничения материалов по-прежнему остаются одним из фундаментальных барьеров, который ученые пока не могут преодолеть без серьезных компромиссов. Ко Дню космонавтики доктор технических наук, профессор кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС Игорь Блинков рассказывает о перспективных материалах для космоса.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
После глобальных прорывов прошлого столетия космонавтика неспешно продолжает свое эволюционное развитие. Ученые и инженеры уже несколько десятилетий бьются за каждый килограмм полезной нагрузки, работая над созданием деталей для ракет и спутников из легких и прочных материалов. По словам генерального директора госкорпорации «Роскосмос» Дмитрия Баканова, за последние пять лет в отечественной космонавтике появилось около 30 новых сплавов и композитов, которые сокращают массу изделий. Однако для новых революционных прорывов в отрасли ограничения материалов по-прежнему остаются одним из фундаментальных барьеров, который ученые пока не могут преодолеть без серьезных компромиссов. Ко Дню космонавтики доктор технических наук, профессор кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС Игорь Блинков рассказывает о перспективных материалах для космоса.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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