腔-磁子系统的实验实现：从超强耦合到精密测量应用

本文介绍了几种腔-磁子系统的实验实现。首先将一块钇铁石榴石（YIG）块置于重入腔中，测得所得杂化模式处于超强耦合 regime。完全杂化时，耦合速率与未耦合模式频率之比确定为 $g/\omega=0.46$。接着将一根细 YIG 圆柱置于环形间隙腔中。该腔的亮模式与 YIG 样品耦合，同样测得处于超强耦合 regime，耦合速率与未耦合模式频率之比为 $g/\omega=0.34$。诸如锂铁氧体（LiFe）这类更大自旋密度介质，由于耦合强度与自旋密度和磁矩的平方根成正比，预计可使两种系统的耦合提升 1.46 倍。此类强耦合系统在腔 QED、混合量子系统和精密暗物质探测实验中具有潜在用途。特别地，环形间隙腔中的 YIG 圆盘被证明是暗物质探测的有力候选者。最后，考虑置于双柱重入腔中的 LiFe 球。既往工作表明样品中的磁子模式在频率上存在一个转折点。此外，曾有预测：若对系统进行设计使其在转折点处完全杂化，则腔-磁子极化子（CMP）的跃迁频率将对一阶和二阶偏置磁场涨落均不敏感，这一结果对精密频率应用有用。本工作通过将腔模式频率设计至接近该转折点来实现此类系统，并展示了对二阶偏置磁场涨落敏感度的抑制。