迈向自旋波与顺磁自旋浴之间的量子接口

自旋波已成为下一代信息技术中有前景的信息载体候选者。近期利用金刚石中电子自旋探测自旋波的实验进展，为研究可控顺磁自旋浴对自旋波的反馈作用铺平了道路。在此，我们提出一个描述自旋波与顺磁自旋相互作用的量子理论。作为一个案例研究，我们考虑位于钇铁石榴石（Yttrium-Iron-Garnet）薄膜附近的金刚石中氮空位自旋系综。我们展示了该系综的反馈作用如何导致自旋波谱和传输性质的强烈且可调的修正。这些修正包括完全抑制自旋波传播，以及在另一种参数区间将其传播长度增强约 $\sim 50\%$。此外，我们展示了自旋波热涨落如何在浴中诱导顺磁自旋的可测量频移。该频移产生一种热色散力，可通过金刚石机械谐振子以光学和/或力学方式测量。另外，我们利用我们的理论计算了浴中自旋之间由自旋波介导的相互作用。我们表明上述所有效应均可由最先进的实验测量。我们的结果为描述自旋波与自旋浴的混合量子系统提供了理论基础，并确立了量子自旋作为自旋电子学中主动控制、传感和接口工具的潜力。