論文の概要: Quantitative imaging of nonlinear spin-wave propagation using diamond quantum sensors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.23321v1
• Date: Sun, 30 Mar 2025 05:27:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-01 19:35:57.058489
• Title: Quantitative imaging of nonlinear spin-wave propagation using diamond quantum sensors
• Title（参考訳）: ダイヤモンド量子センサを用いた非線形スピン波伝播の定量的イメージング
• Authors: Kensuke Ogawa, Moeta Tsukamoto, Yusuke Mori, Daigo Takafuji, Junichi Shiogai, Kohei Ueda, Jobu Matsuno, Jun-ichiro Ohe, Kento Sasaki, Kensuke Kobayashi,
• Abstract要約: スピン波減衰率の異なる2つのイットリウム鉄ガーネット薄膜の非線形スピン波伝播を画像化した。 スピン波の振幅が増加するにつれて、視野全体で波数の変化が観測される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7256031177081012
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Spin waves propagating in magnetic materials exhibit nonlinear behavior due to the competition between excitation and relaxation at large amplitudes, providing an attractive platform for exploring nonlinear wave dynamics. In particular, spin waves with a non-zero wavenumber that carry momentum undergo nonlinear relaxation and experience wavenumber modulation in the nonlinear regime. We image the nonlinear spin-wave propagation in two yttrium iron garnet thin films with distinct spin-wave decay rates using a wide-field quantum diamond microscope. We obtain quantitative distributions of spin-wave amplitude and phase in varying excitation microwave strength. As a result, we observe a threshold in the spin-wave amplitude beyond which nonlinear effects become evident and confirm that this threshold is consistent with theoretical predictions based on four-magnon scattering for both samples. Moreover, as the amplitude of the spin waves increases, modulation of the wavenumber is observed across the field of view. We attribute this modulation primarily to the spin waves generated by multi-magnon scattering. Our quantitative measurements provide a pathway for visualizing nonlinear spin-wave dynamics and are crucial for deepening our understanding of the underlying mechanisms.
• Abstract（参考訳）: 磁性材料中に伝播するスピン波は、大きな振幅での励起と緩和の競合による非線形挙動を示し、非線形波動を探索するための魅力的なプラットフォームを提供する。 特に、運動量を持つ非ゼロ波数を持つスピン波は非線形緩和および非線形状態における波数変調を経験する。 広視野量子ダイヤモンド顕微鏡を用いた2つのイットリウム鉄ガーネット薄膜における非線形スピン波伝播の観察を行った。 様々な励起マイクロ波強度におけるスピン波振幅と位相の定量的分布を求める。 その結果、非線形効果が明らかになるスピン波振幅のしきい値が観察され、このしきい値が両試料の4つのマグノン散乱に基づく理論的予測と一致することが確認された。 さらに、スピン波の振幅が増加するにつれて、視野の向こう側に波数の変調が観測される。 この変調は、主にマルチマグノン散乱によって生じるスピン波に起因している。 我々の定量的測定は非線形スピン波力学を可視化するための経路を提供し、基礎となるメカニズムの理解を深めるのに不可欠である。

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