近日，中國科學技術(shù)大學科研團隊在磁力系統(tǒng)研究方面取得新進展。團隊通過磁振子與高頻聲子相互作用，在磁力系統(tǒng)中實現(xiàn)寬帶磁聲混合頻率梳。

　　磁振子系統(tǒng)能夠與光學光子、微波光子、機械聲子及超導量子比特等自由度實現(xiàn)相互耦合，成為構(gòu)建混合量子系統(tǒng)的理想平臺。同時，磁振子系統(tǒng)利用自旋作為信息載體，在大規(guī)模、低功耗信息處理領(lǐng)域備受關(guān)注。此前，團隊以工藝成熟的釔鐵石榴石微球為磁振子微腔，通過磁—力學相互作用，在具有機械模式的諧振腔中實驗產(chǎn)生磁振子頻率梳。但是，廣泛使用的YIG微球具有較低的磁振子損耗，并支持高品質(zhì)光學模式與長壽命機械振動，但其球腔結(jié)構(gòu)導致模式體積較大、非線性系數(shù)較低，限制了磁子頻率梳的頻譜寬度，制約了磁振子系統(tǒng)向大規(guī)模、可擴展方向的發(fā)展。

　　團隊通過實驗在釔鐵石榴石薄膜器件中構(gòu)建了克爾非線性磁機械系統(tǒng)。該器件支持磁振子模式與多個高次諧波體聲波模式耦合。該薄膜器件將磁振子和機械聲子的模式體積進一步降低，使得磁非線性系數(shù)增強，系統(tǒng)在低激發(fā)功率下即可清晰觀測到的磁振子雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。得益于顯著的非線性效應，團隊激發(fā)了磁子—聲子混合頻率梳，并利用外部注入?yún)⒖嘉⒉▽崿F(xiàn)了克爾誘導的頻率梳同步現(xiàn)象，生成的頻率梳帶寬超過400MHz，對應的梳齒數(shù)目超過130根。

　　上述研究為集成磁振子學器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時，該器件在片上信號處理和超靈敏檢測方面具有應用潛力，開辟了非線性混合磁振子學研究的新前沿。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》（Physics Review Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會和中國科學院等的支持。

（a）磁力薄膜微腔與微波諧振腔之間的耦合示意圖，（b）微波—磁振子—機械聲子之間相互作用示意圖，（c）實驗測試系統(tǒng)示意圖