中国科学院上海技术物理研究所位相调控光电耦合奇异点增强的磁子频率梳研究获进展

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近日,中国科学院上海技术物理研究所红外科学与技术重点实验室姚碧霂、陆卫团队与山东大学物理学院饶金威团队合作,并联合上海科技大学、华中科技大学和浙江大学等,在光诱导电子自旋强耦合态中构建奇异点,通过光电耦合位相调控以提升基于磁子(电子自旋集体激发)的频率梳的产生效率,创造了迄今为止磁子体系中频率梳齿数的最高纪录。相关研究成果以Enhancement of magnonic frequency combs by exceptional points为题,发表在《自然-物理》(Nature Physics)上。

光学频率梳由离散光谱线构成,展现出等间距以及梳状的信号分布。光学频率梳提高了频率测量的精度,在卫星导航、精密距离测量、原子钟和分子识别等领域具有重要作用。光学频率梳的应用推进了其他物态频率梳的研究。电子自旋集体激发形成的磁子具有免疫焦耳热的优势,其灵活的自旋动力学调控特性是融合多种物态优势的优异载体。然而,常规的磁子频率梳因依赖材料的非线性效应,需要较高功率密度才能够产生有限的梳齿,这限制了其向高效、片上集成、可调节的磁子功能器件转化的进程。

此前,该团队发现光诱导磁子态的优势。该态与常规磁子模式不同,其有效磁矩受光诱导泵浦的相干控制且磁矩更低、阻尼更小,在驱动功率较低时能够引发较大进动偏角,形成非线性效应,促成磁子频率梳形成。该团队通过位相调控实现了对光诱导磁子耦合过程及其非线性响应的操控,增强了非线性耦合效应,达成了磁子频率梳的增长。这一增强效应不依赖于驱动功率的提高,而是通过优化非线性耦合过程实现的。此外,光诱导磁子的高度可调特性使得科研人员能够通过简单操控泵浦功率、频率和极化以控制磁子频率梳。

该研究融合了磁子频率梳与非厄米奇异点两个关键概念,展示了通过耗散来操控非线性磁子模式的能力,这对非厄米物理和磁子电子学具有重要意义。研究开发的高效磁子频率梳生成方法,推动了磁子电子学中宽频带、离散且相干自旋波源的研究,并有望在灵敏的光电检测应用中发挥建设性作用。

研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、上海市基础研究领域项目的支持。

a、磁子模式(示意图中类比为陀螺)间的特殊耦合状态,能够提高磁子频率梳(示意图中表示为光带)的产生效率;b、利用奇异点增强磁子频率梳原理图;c、位相调控下磁子频率梳的增强

责编: 爱集微
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