利用拓扑绝缘体异质结构拓扑法拉第效应的微波-光学量子转导
介观与纳米尺度物理
2024-09-04 v2 强关联电子
光学
量子物理
摘要
微波与光学光子间的量子转导对于实现基于超导量子比特的可扩展量子计算机至关重要。由于微波与光学频段间存在巨大频率差，转导需借助中间玻色模式或非线性过程完成。迄今，铁磁体YIG中通过磁光法拉第效应（即光-磁子相互作用）的转导效率η已被证实因磁光耦合弱而低至η∼10^{-8}–10^{-15}。此处，我们利用三维拓扑绝缘体薄膜在太赫兹波段呈现与样品厚度无关的拓扑法拉第效应这一事实。这导致大法拉第旋转角，从而在薄膜极限下增强光-磁子相互作用。我们从理论上表明，利用由Bi2Se3等拓扑绝缘体薄膜与YIG等铁磁绝缘体薄膜构成的异质结构，微波与太赫兹光子间的转导效率可大幅提升至η∼10^{-4}。
引用
@article{arxiv.2311.07293,
title = {Microwave-to-Optical Quantum Transduction Utilizing the Topological Faraday Effect of Topological Insulator Heterostructures},
author = {Akihiko Sekine and Mari Ohfuchi and Yoshiyasu Doi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.07293},
year = {2024}
}
备注
11 pages, 7 figures. To appear in Phys. Rev. Applied