类宇称—时间反演对称腔磁力学系统中磁子阻塞研究

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近年来得益于微纳制造业的迅速发展,磁力学系统已经成为在宏观尺度上研究物质量子效应及量子信息处理的最佳候选者之一。传统的腔磁力学系统是由微波腔和铁磁性钇铁石榴石球杂化而成的特殊量子系统。相比于传统的腔光力学系统,腔磁力学系统所独有的高自旋密度以及较低的阻尼率是在大部分光力系统中所无法实现的,并且可以通过外加静磁场来调节磁子的相关物理特性,即可以通过调节单个自由度来实现系统的相关应用。在最近几年,随着腔磁力学系统的进一步发展,在量子通讯等领域中能得到高效稳定单磁子源成为了一项重要研究课题。因此磁子阻塞成为了腔磁力学系统中的首要问题,它可以通过调节外部偏磁场来实现。正是与磁场相依赖的特性,腔磁力学系统为实现单磁子能级的量子操纵提供了理论支撑。本文在类宇称-时间反演对称(PT)腔磁力学系统中研究了磁子阻塞效应,具体研究内容如下:基于类宇称-时间反演对称三模腔磁力学系统,研究了包含磁子-光子和磁子-声子相互作用的磁子阻塞效应。提出一个改变不同的系统参数来实现磁子阻塞的理论方案。一般来说,宇称-时间反演对称光力学系统是一个双模系统,而这里所考虑的是一个由微波腔模、磁子模和声子模组成的三模系统。同时,基于破缺和非破缺的类宇称-时间反演对称研究了相变行为。通过分别对二阶关联函数解析求解薛定谔方程和数值模拟主方程,可以得出理想的磁子阻塞的失谐最优值。特别的,还分析了本征能谱的非谐性,并研究磁子阻塞的最佳条件。此外,还发现无论是通过调整耦合强度还是非线性参数,都可以实现磁子阻塞效应。为了进一步理解磁子阻塞现象,还讨论了不同的阻塞机制。结果表明,出现一个谷对应于非传统磁子阻塞,而出现两个新的谷对应于传统磁子阻塞效应。本方案为弱参数机制下实现磁子阻塞提供了一种可行的方法,极大地降低实验难度,为实验中实现磁子阻塞铺平道路,并且提供了一个实现单磁子源的理论依据。
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