YIG 微结构中量子化磁子模式与超导谐振器中微波的强耦合
材料科学
2026-05-12 v2
摘要
基于磁子的强耦合实验能够探索涉及众多长寿命激发的片上演示。钇铁石榴石（YIG）因其低损耗的磁子特性，数十年来一直被视为磁子学的黄金标准材料。虽然 YIG 已在宏观器件几何结构中成功展示了强耦合，但迄今为止，在真正的亚 10 微米 YIG 结构中的磁子强耦合尚未实现。这一障碍是由于难以产生足够大的有效磁子模式体积，这主要源于 YIG 沉积和器件制造技术的厚度限制。在此，我们展示了使用通过聚焦离子束（FIB）技术从单晶 YIG 制造的 YIG 微片，将其放置在优化的超导集总元件 LC 谐振器的收缩电感线上，从而在众多磁子模式与 LC 谐振器光子之间实现强耦合。这些实验结果得到了微磁学模拟的定性支持，并通过解析计算定量验证，以识别与实验观察到的微波传输信号中的反交叉现象相对应的磁子模式。此外，我们表明即使在极低的器件输入功率（ fW）下，这些反交叉现象依然存在。所采用的制造技术和器件几何结构，使得能够在显著降低的器件功率下，针对各种磁场强度和方向，确定性地利用微米级 YIG 结构中的众多受限磁子模式。这些结果为在微米级 YIG 磁性元件中实现高效的基于磁子的强耦合实验，以进行有效的片上研究，奠定了一条基础性的前进道路。
引用
@article{arxiv.2604.28145,
title = {Strong coupling between quantized magnon modes in a YIG microstucture and microwaves in a superconducting resonator},
author = {Seth W. Kurfman and Philipp Geyer and Anoop Kamalasanan and Karl Heimrich and Kwangyul Hu and Tharnier O. Puel and Frank Heyroth and Michael Flatté and Georg Schmidt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.28145},
year = {2026}
}