論文の概要: Nonlinear spin dynamics induced by feedback under continuous Larmor frequency distributions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.20090v1
• Date: Sat, 26 Oct 2024 05:55:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-29 12:21:16.074769
• Title: Nonlinear spin dynamics induced by feedback under continuous Larmor frequency distributions
• Title（参考訳）: 連続ラーモア周波数分布におけるフィードバックによる非線形スピンダイナミクス
• Authors: Tishuo Wang, Zhihuang Luo, Shizhong Zhang, Zhenhua Yu,
• Abstract要約: 系の個々のスピンの内在性ラーモア周波数が不均一なバイアス磁場によって生じる場合、連続体を形成する。 極限周期の同期周波数と場不均一性の関係を確立し、極限周期の安定性を決定する方程式を導出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5812284760539712
• License:
• Abstract: Nonlinear spin dynamics are essential in exploring nonequilibrium quantum phenomena and have broad applications in precision measurement. Among these systems, the combination of a bias magnetic field and feedback mechanisms can induce self-sustained oscillations at the base Larmor frequency due to nonlinearity. These features have driven the development of single-species and multiple-species spin masers. The latter, with multiple discrete Larmor frequencies, provides significant advantages for precision measurement by mitigating uncertainties in precession frequencies due to long-term drifts in experimental conditions. The self-sustained oscillations of single-species and multiple-species spin masers correspond to limit cycles and quasi-periodic orbits of the stable nonlinear dynamics of the systems respectively; the correspondence is elucidated in a recent study on a related spin system featuring two discrete intrinsic Larmor frequencies under dual bias magnetic fields. Here, we extend the study to the case that the intrinsic Larmor frequencies of individual spins of the system, given rise to by an inhomogeneous bias magnetic field, form a continuum. We show that generically the stable dynamics of the system includes limit cycles, quasi-periodic orbits, and chaos. We establish the relation between the synchronization frequency of limit cycles and the field inhomogeneity and derive an equation determining the stability of limit cycles. Furthermore, detailed characteristics of different dynamical phases, especially the robustness of limit cycles and quasi-periodic orbits against experimental fluctuations, are discussed. Our findings not only encompass the case of discrete Larmor frequencies, but also provide crucial insights for precision measurement and the exploration of continuous time crystals and quasi-crystals.
• Abstract（参考訳）: 非線形スピンダイナミクスは非平衡量子現象の探索に不可欠であり、精度測定に広く応用されている。 これらのシステムの中で、バイアス磁場とフィードバック機構の組み合わせは、非線形性によるベースラーモア周波数での自己持続振動を誘発することができる。 これらの特徴は単一種と複数のスピンメイザーの開発を促した。 後者は複数の離散ラーモア周波数を持つが、実験条件下での長期のドリフトによる先行周波数の不確かさを軽減し、精度測定に大きな利点をもたらす。 単一種と複数種のスピンメイサーの自持続振動は、系の安定な非線形力学の極限周期と準周期軌道に対応しており、この対応は2つの離散固有ラーモア周波数を持つ関連するスピン系に関する最近の研究で解明されている。 ここでは、系の個々のスピンの内在性ラーモア周波数が不均一なバイアス磁場によって引き起こされる場合まで、この研究を拡大する。 系の安定な力学には、極限周期、準周期軌道、カオスが含まれる。 極限周期の同期周波数と場不均一性の関係を確立し、極限周期の安定性を決定する方程式を導出する。 さらに, 異なる動的相の詳細な特性, 特に実験変動に対する極限周期および準周期軌道のロバスト性について論じる。 本研究は, 離散ラーモア周波数の場合だけでなく, 高精度測定, 連続時間結晶および準結晶の探査にも重要な知見を提供する。

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