論文の概要: Non-Hermitian Purcell Physics in Dissipatively Coupled Planar Photon-Magnon Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.28071v1
• Date: Wed, 23 Sep 2026 13:17:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-25 00:05:18.040181
• Title: Non-Hermitian Purcell Physics in Dissipatively Coupled Planar Photon-Magnon Systems
• Title（参考訳）: 散逸結合した平面光子-マグノン系における非エルミートパーセル物理
• Abstract要約: 散発的に結合した光子-マグノンハイブリッド量子系におけるパーセル効果について検討する。 フルウェーブ電磁シミュレーションは、このシステムをレベルアトラクション方式で動作させるために設計できることを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.8503551306739188
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The Purcell effect has emerged as a powerful mechanism for controlling spontaneous emission and dissipation in cavity and nanophotonic systems; however, its realization in dissipative non-Hermitian hybrid platforms remains largely unexplored. In this work, we investigate the Purcell effect in a dissipatively coupled photon-magnon hybrid quantum system consisting of a yttrium iron garnet (YIG) thin film integrated with an inverted octa-ring resonator (IORR) in a planar geometry. To describe the underlying dissipative hybrid dynamics, we develop a quantum theoretical framework based on non-Hermitian coupled-mode theory combined with the input-output formalism. We also analyze the temporal decay dynamics of the photon-magnon system. Full-wave electromagnetic simulations demonstrate that the system can be engineered to operate in the level-attraction regime through dissipative photon-magnon coupling. By systematically tuning the magnon damping, we uncover the emergence of a Purcell regime in which cavity-photon dissipation is selectively enhanced through magnon-mediated loss channels. We further show that the saturation magnetization (Ms) provides an additional degree of control over the onset, tunability, and robustness of the Purcell enhancement. The combined modulation of magnon damping and Ms strongly influences the effective photon-magnon coupling, hybrid-mode evolution, and dissipation landscape, enabling precise control of hybrid quantum states. These findings establish a versatile strategy for engineering magnetization- and dissipation-controlled photon-magnon interactions in planar, chip-compatible architectures, opening new avenues for non-Hermitian cavity magnonics, tunable microwave dissipation engineering, and hybrid quantum information technologies.
• Abstract（参考訳）: パーセル効果はキャビティやナノフォトニクスシステムにおける自然放出と散逸を制御する強力なメカニズムとして現れているが、散逸性非エルミートハイブリッドプラットフォームにおけるその実現は未解明のままである。 本研究では,イットリウム鉄ガーネット (YIG) 薄膜と逆オクタリング共振器 (IORR) を平面幾何学的に結合した光子-マグノンハイブリッド量子系におけるパーセル効果について検討する。 基礎となる散逸ハイブリッド力学を説明するために、非エルミート結合モード理論と入力出力形式を組み合わせた量子理論的枠組みを開発する。 また,光子-マグノン系の時間減衰ダイナミクスの解析を行った。 フルウェーブ電磁シミュレーションは、散逸性光子-マグノンカップリングにより、準誘電体系で作動するようにシステムを設計できることを実証する。 マグノンダンピングを体系的に調整することにより,マグノンを介する損失チャネルを通じてキャビティ光子散逸を選択的に増強するパーセル機構の出現を明らかにする。 さらに,飽和磁化 (Ms) は, パーセルエンハンスメントの開始, チューニング性, 堅牢性に対して, さらなる制御を与えることを示した。 マグノン減衰とMsの複合変調は、有効光子-マグノン結合、ハイブリッドモードの進化、散逸の風景に強く影響を与え、ハイブリッド量子状態の正確な制御を可能にしている。 これらの知見は、平面型、チップ互換アーキテクチャにおける磁化および散逸制御光子-マグノン相互作用のための多用途戦略を確立し、非エルミート空洞マグノニクス、可変マイクロ波散逸技術、ハイブリッド量子情報技術のための新しい道を開いた。

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