論文の概要: Hybrid Photon-magnon Systems: Exploring the Purcell Effect
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.04574v1
- Date: Wed, 08 Jan 2025 15:44:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-09 14:55:38.333730
- Title: Hybrid Photon-magnon Systems: Exploring the Purcell Effect
- Title（参考訳）: ハイブリッド光子-マグノン系 : パーセル効果の探索
- Authors: Sachin Verma, Abhishek Maurya, Fizaan Khan, Kuldeep Kumar Srivastava, Rajeev Singh, Biswanath Bhoi,
- Abstract要約: 本稿では,光子-マグノン結合型ハイブリッドシステム(PMC)におけるパーセル効果を観察するための新しい手法を提案する。
マグノン減衰が増加するにつれて、透過スペクトルにおける光子モードとマグノンモードの間の反交差挙動は減少する。
この遷移は、損失の大きいマグノンと結合した場合、マイクロ波光子の自然放出率の増大に起因する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: We present a novel approach to observing the Purcell effect in a photon-magnon coupled (PMC) hybrid system consisting of a yttrium iron garnet (YIG) thin film and a hexagonal ring resonator (HRR) arranged in a planar geometry. This hybrid system has been designed and simulated using the commercial electromagnetic full-wave simulator CST Microwave Studio for various values of damping constant (alpha) of the YIG film while keeping the HRR properties constant. Our results reveal that as the magnon damping increases, the anti-crossing behavior between photon and magnon modes in the transmission spectra diminishes, transitioning the coupled modes into the Purcell regime. This transition is attributed to an enhanced spontaneous emission rate of microwave photons when coupled to lossy magnons, driving the PMC system into the Purcell regime. To elucidate this behavior, we developed a comprehensive theoretical framework based on a quantum model, which accurately describes the observed Purcell phenomena and provides estimations of the PMC strength (g/2pi). Notably, by tuning alpha from 1.4 x 10^-5 to 2.8 x 10^-2, we achieved precise control over (g/2pi) ranging from 63 MHz to 127 MHz. This study highlights the Purcell effect's role in enhancing photon decay rates and establishes a clear relationship with PMC strength. Our work offers a comprehensive method for controlling photon resonance dissipation, opening new avenues for exploring the Purcell effect and its applications in on-chip functional devices leveraging magnon-photon interactions for quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 平面形状に配向したイットリウム鉄ガーネット(YIG)薄膜と六角形リング共振器(HRR)からなる光子-マグノン結合(PMC)ハイブリッド系におけるパーセル効果を観察するための新しい手法を提案する。
このハイブリッドシステムは、商用電磁フルウェーブシミュレータCST Microwave Studioを用いて、HRR特性を一定に保ちつつ、YIG膜の減衰定数(アルファ)の様々な値に対して設計、シミュレーションされている。
その結果、マグノン減衰が増加するにつれて、透過スペクトル中の光子モードとマグノンモードの間の反交差挙動が減少し、結合モードがパーセル状態に遷移することが明らかとなった。
この遷移は、損失の大きいマグノンと結合したマイクロ波光子の自発的放出率の増大によるものであり、PMC系をパーセル系に誘導する。
この挙動を解明するために、観測されたパーセル現象を正確に記述し、PMC強度(g/2pi)を推定する量子モデルに基づく包括的な理論的枠組みを開発した。
特に、1.4 x 10^-5から2.8 x 10^-2にアルファをチューニングすることで、63MHzから127MHzまでの正確な制御(g/2pi)を実現した。
本研究は,光子崩壊率の向上におけるパーセル効果の役割を強調し,PMC強度との明確な関係を確立する。
我々の研究は、光子共鳴散逸を制御するための包括的手法を提供し、Purcell効果を探索するための新しい道を開き、量子技術におけるマグノン-光子相互作用を利用したオンチップ機能デバイスへの応用を開拓する。
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