論文の概要: Circuit-based cavity magnonics in the ultrastrong and deep-strong coupling regimes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.20115v1
• Date: Thu, 23 Oct 2025 01:35:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:17.124539
• Title: Circuit-based cavity magnonics in the ultrastrong and deep-strong coupling regimes
• Title（参考訳）: 超強結合系と深部強結合系における回路ベースキャビティマグノニクス
• Authors: Takahiro Chiba, Ryunosuke Suzuki, Takashi Otaki, Hiroaki Matsueda,
• Abstract要約: キャビティマグノニクス系における非摂動的強結合現象について検討した。 非自明な周波数シフトが超強結合系および深部強結合系に現れることを示す。 この研究は、従来の強い結合状態を超えたキャビティマグノニクスの道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We theoretically study nonperturbative strong-coupling phenomena in cavity magnonics systems in which the uniform magnetization dynamics (magnons) in a ferromagnet is coupled to the microwave magnetic field (photons) of a single LC resonator. Starting from an effective circuit model that accounts for the magnetization dynamics described by the Landau-Lifshitz-Gilbert equation, we show that a nontrivial frequency shift emerges in the ultrastrong and deep-strong coupling regimes, whose microscopic origin remains elusive within a purely classical framework. The circuit model is further quantized to derive a minimal quantum mechanical model for generic cavity magnonics, which corresponds to a two-mode version of the Hopfield Hamiltonian and explains the mechanism of the frequency shifts found in the {\it classical} circuit model. We also formulate the relation between the frequency shift and quantum quantities, such as the ground-state particle number, quantum fluctuations associated with the Heisenberg uncertainty principle, and entanglement entropy, providing a nondestructive means to experimentally access to these quantum resources. By utilizing soft magnons in an anisotropic ferromagnet, we further demonstrate that these quantum quantities diverge at the zeros of the magnon band edges as a function of the external magnetic field. This work paves the way for cavity magnonics beyond the conventional strong coupling regime.
• Abstract（参考訳）: 単一LC共振器のマイクロ波磁場(光子)に強磁性体(マグノン)が結合するキャビティマグノニクス系における非摂動性強結合現象を理論的に研究する。 ランダウ・リフシッツ・ギルベルト方程式で記述された磁化ダイナミクスを考慮した実効回路モデルから、超強結合系と深部強結合系において非自明な周波数シフトが出現し、その微視的起源は純粋に古典的な枠組みの中でも明らかであることを示す。 回路モデルはさらに量子化され、ジェネリックキャビティ・マグノニクスの最小の量子力学モデルが導出され、ホップフィールド・ハミルトニアンの2モード版に対応し、古典的な回路モデルに見られる周波数シフトのメカニズムを説明する。 また、基底状態粒子数、ハイゼンベルクの不確実性原理に関連する量子ゆらぎ、絡みのエントロピーなどの周波数シフトと量子量との関係を定式化し、これらの量子資源に実験的にアクセスするための非破壊的な手段を提供する。 異方性強磁性体におけるソフトマグノンの利用により、これらの量子量は、外部磁場の関数としてマグノンバンドエッジの零点に分散することを示した。 この研究は、従来の強い結合状態を超えたキャビティマグノニクスの道を開いた。

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