Physiker freundeten Photonen mit Magnone an

Ein Team von Wissenschaftlern von NUST MISIS und MIPT hat eine neue Plattform zur Realisierung der ultrastarken Photon-Magnon-Kopplung entwickelt und getestet. Das vorgeschlagene System basiert auf den Chips und basiert auf Dünnfilm-Heterostrukturen mit supraleitenden, ferromagnetischen und isolierenden Schichten. Diese Entdeckung löst ein Problem, das seit zehn Jahren auf der Agenda von Forschungsteams aus verschiedenen Ländern steht, und bietet neue Möglichkeiten für die Implementierung von Quantentechnologien. Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift veröffentlicht Wissenschaftlicher Fortschritt.

In den letzten zehn Jahren hat die Entwicklung künstlicher Quantensysteme erhebliche Fortschritte gemacht. Wissenschaftler erforschen verschiedene Plattformen, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen. Der nächste kritische Schritt zur Weiterentwicklung der Quantenindustrie erfordert eine effiziente Methode zum Austausch von Informationen zwischen plattformhybriden Systemen, die von verschiedenen Plattformen profitieren können. Beispielsweise werden Hybridsysteme auf Basis von Kollektivspinnen oder Magnonen entwickelt. In solchen Systemen müssen Magnonen mit Photonen wechselwirken, stehenden elektromagnetischen Wellen, die in einem Resonator gefangen sind. Der wichtigste limitierende Faktor für die Entwicklung solcher Systeme ist die grundsätzlich schwache Wechselwirkung zwischen Photonen und Magnonen. Sie haben unterschiedliche Größen und folgen unterschiedlichen Verteilungsgesetzen. Dieser Größenunterschied von hundertmal oder mehr verkompliziert die Interaktion erheblich.

Wissenschaftlern des MIPT ist es gemeinsam mit ihren Kollegen gelungen, ein System mit der ultrastarken Photon-Magnon-Kopplung zu schaffen.

Vasily Stolyarov, stellvertretender Leiter des MIPT-Labors für topologische Quantenphänomene in supraleitenden Systemen, sagte: „Wir haben zwei Subsysteme geschaffen. In einem, da es sich um ein Sandwich aus Supraleiter- / Isolator- / Supraleiter-Dünnschichten handelt, werden Photonen verzögert, ihre Phase“ Geschwindigkeit wird reduziert In einem anderen, das ebenfalls ein Sandwich aus Supraleiter / Ferromagnet / Supraleiter-Dünnschicht ist, erhöht die supraleitende Nähe zu beiden Grenzflächen die kollektiven Drall-Eigenfrequenzen. Die ultrastarke Photon-zu-Magnon-Kopplung wird durch die unterdrückte Photonenphase. Geschwindigkeit im elektromagnetischen Subsystem. „

Igor Golovchanskiy, leitender Forscher, leitender Forscher am MIPT-Labor für topologische Quantenphänomene in supraleitenden Systemen, Leiter des NUST-MISIS-Labors für kryogene elektronische Systeme, erklärte: „Photon interagiert sehr schlecht mit Magnone. Es ist uns gelungen, ein System zu entwickeln“in die diese beiden Anregungsarten sehr stark zusammenarbeiten. Mit Supraleitern haben wir den elektromagnetischen Resonator deutlich verkleinert. Dadurch hat sich die Phasengeschwindigkeit von Photonen verhundertfacht und ihre Wechselwirkung mit Magnonen um ein Vielfaches erhöht.“

Diese Entdeckung wird die Implementierung hybrider Quantensysteme beschleunigen und neue Möglichkeiten in der supraleitenden Spintronik und Magnonik eröffnen.

###

Neben den Forschern des MIPT-Labors für topologische Quantenphänomene in supraleitenden Systemen beteiligten sich an der Studie auch Wissenschaftler von NUST MISIS, dem Allrussischen Wissenschaftlichen Forschungsinstitut für Automatik der NL Dukhov, dem Institut für Festkörperphysik, RAS; das Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, die University of Glasgow (Großbritannien), die University of Twente (Niederlande) und das Karlsruher Institut für Technologie (Deutschland).

Diese Forschung wurde vom Ministerium für Wissenschaft und Hochschulbildung der Russischen Föderation, der Russian Science Foundation und teilweise vom Horizon 2020-Programm der Europäischen Union unterstützt.