論文の概要: Nonreciprocal superradiant quantum phase transition induced by magnon Kerr effect
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.25985v1
- Date: Tue, 30 Sep 2025 09:16:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-01 14:45:00.078539
- Title: Nonreciprocal superradiant quantum phase transition induced by magnon Kerr effect
- Title（参考訳）: マグノン・カー効果により誘導される非相互超放射性量子相転移
- Authors: Guo-Qiang Zhang, Si-Yan Lin, Wei Feng, Yi-Hao Kang, Wei Xiong,
- Abstract要約: キャビティマグノン系における非相互量子相転移(SQPT)を実現するための代替手法を提案する。
定常相図は、逆SQPTの起源である$K > 0$ と $K 0$ のどちらの場合においても、大きく異なることを示す。
我々の研究は、非相互SQPTを実現するための新しいメカニズムを提供し、非相互量子デバイスの設計に潜在的な応用をもたらす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.483032176894623
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recently, proposals for realizing a nonreciprocal superradiant quantum phase transition (SQPT) have been put forward, based on either nonreciprocal interactions between two spin ensembles or the Sagnac-Fizeau shift in a spinning cavity. However, experimental implementation of such a nonreciprocal SQPT remains challenging. This motivates the search for new mechanisms capable of producing a nonreciprocal SQPT. Here, we propose an alternative approach to realize a nonreciprocal SQPT, induced by the magnon Kerr effect (MKE), in a cavity magnonic system, where magnons in a yttrium iron garnet (YIG) sphere are coupled to cavity photons. The Kerr coefficient $K$ is positive (negative), i.e., $K>0$ ($K<0$), when the bias magnetic field is aligned along the crystallographic axis [100] ([110]) of the YIG sphere. We show that the steady-state phase diagrams differ significantly for both cases with $K > 0$ and $K < 0$, which is the origin of the nonreciprocal SQPT. By further studying the steady-state magnon occupation and its fluctuations versus the parametric drive strength, we demonstrate that the SQPT becomes nonreciprocal, characterized by distinct critical thresholds for $K > 0$ and $K < 0$. Moreover, we introduce a bidirectional contrast ratio to quantify this nonreciprocal behavior. Our work provides a new mechanism for realizing the nonreciprocal SQPT, with potential applications in designing nonreciprocal quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 近年、スピンアンサンブル間の非相互相互作用やスピンキャビティにおけるサニャック・フィゼオシフトに基づいて、非相互超ラジアント量子相転移(SQPT)を実現するための提案が進められている。
しかし、そのような非相互SQPTの実験的実装は依然として困難である。
これは、非相互SQPTを生成可能な新しいメカニズムの探索を動機付けている。
本稿では,イットリウム鉄ガーネット(YIG)球のマグノンが共振器光子と結合するキャビティマグノニクス系において,マグノンカー効果(MKE)によって誘導される非相互SQPTを実現する方法を提案する。
カー係数$K$は正(負)、すなわち、YIG球の結晶軸[100]([110])に沿ってバイアス磁場が整列すると、$K>0$(K<0$)となる。
定常相図は、相反SQPTの起源である$K > 0$ と $K < 0$ の両方の場合において、大きく異なることを示す。
定常マグノンの占有とパラメトリック駆動強度の変動についてさらに研究することにより、SQPTが非相互性となり、SQPTが$K > 0$と$K < 0$の異なる臨界しきい値によって特徴づけられることを示した。
さらに、この非相互挙動を定量化するために、双方向のコントラスト比を導入する。
我々の研究は、非相互SQPTを実現するための新しいメカニズムを提供し、非相互量子デバイスの設計に潜在的な応用をもたらす。
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