从相干到耗散耦合：基于 mumax+ 的多模腔磁声子
介观与纳米尺度物理
2026-03-05 v1 计算物理
摘要
微波腔光子与磁声子激发之间的相干耦合使得量子信号转换、磁声子中介的纠缠以及磁声子数分辨检测成为可能。通常需要修改核心求解器或实现完整电磁求解器，才能进行光子-磁声子耦合的微磁仿真。本文提出了 mumax+（一个基于 GPU 的开源微磁框架）的两层腔磁声子扩展。第一层由 CUDA 核函数实现，将 N 个腔模 ODE 同时与 LLG 方程在 GPU 内的自适应 RK45 时间步进器中集成，消除了每步的 GPU-CPU 数据传输；空间分辨的模式轮廓同时作用于耦合和反馈，使能够选择性地针对非均匀自旋波模式进行寻址。第二层是一个轻量级的 Python 协同仿真类，通过无需重新编译的算子分离 RK4 积分方法复现相同的均匀模式物理。我们通过八个基准仿真来验证该实现：(i) 磁声子极化子反位移谱；(ii) 真空拉比振荡；(iii) 覆盖从弱到强耦合 regime 的合作性相图；(iv) 腔模轮廓相关的耦合选择规则；(v) 磁声子中介的腔-腔能量传递的多模极化子混合；(vi) 通过空间重叠工程实现的模式选择性耦合；(vii) 铁磁体磁声子-腔耦合的南极矢量光谱；(viii) 耗散光子-磁声子耦合导致的异常反位移，展示了从能级排斥到能级吸引的转变。
引用
@article{arxiv.2603.03706,
title = {Multimode cavity magnonics in mumax+: from coherent to dissipative coupling in ferromagnets and antiferromagnets},
author = {Gyuyoung Park and OukJae Lee and Biswanath Bhoi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.03706},
year = {2026}
}
备注
16 pages, 12 figures, 1 table