时间反演对称性破缺腔体中的自旋 - 光子相互作用

利用蓝宝石回音壁模式谐振器，我们展示了时间反演对称性破缺腔体中自旋 - 光子相互作用的特征。对称性破缺导致左旋和右旋偏振腔光子之间的简并解除，从而产生可观测的旋光效应。在高-$Q$ 腔极限下，这种情况需要修改 Tavis-Cummings 哈密顿量，以考虑自旋角动量守恒及相应的选择定则。因此，该系统由两个线性耦合的玻色子模式表示，每个模式分别耦合到具有不同能级分裂的两个能级系统子系综。在实验示例中，这些子系综源于 Fe$^{3+}$ 杂质离子，它们在相互作用频率下有效地表现为两个能级系统。实验确定了每个子系综的布居数温度依赖性（以介质的有效磁化率表示），结果与理论预测一致，揭示了固体中的各种顺磁性杂质类型。讨论并比较了后向散射体和自旋系综主导的机制。