Расщепление, подобное Раби, наблюдается под электрическим контролем в искусственных магнитах

Схематическое изображение искусственного магнита, двух колебательных мод и нелинейной связи между ними, приводящей к расщеплению Раби. Автор: А. Суд и др.

Расщепление Раби — одно из ключевых понятий современной квантовой технологии. Его полное понимание может помочь продвинуться в области квантовой обработки информации. Доцент Ааканкша Суд (Университет Тохоку), доктор Кэй Ямамото (JAEA), профессор Шигеми Мидзуками (Университет Тохоку) и их коллеги обнаружили, что расщепление Раби можно достичь с помощью нелинейной связи, которая удивительным образом сохраняет симметрии системы. Этот результат открывает новые возможности для углубления понимания нелинейной динамики и явлений связи в искусственных системах.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters 20 июня 2025 года.

В квантовой физике, когда происходит связь между двумя гармоническими осцилляторами с идеальной частотой колебаний, частота колебаний в связанной системе расщепляется на две разные частоты. Разница между этими частотами называется расщеплением Раби.

Физика расщепления Раби и связь колебаний в искусственных магнитах долгое время были популярными темами исследований. Система обладает двумя пространственно однородными магнонными модами: синфазной модой, напоминающей ферромагнитное поведение, и противофазной модой с антиферромагнитными свойствами.

«Обычно для достижения расщепления Раби в искусственном магните необходимо нарушить симметрию системы, — объясняет Шигеми Мидзуками. — Однако мы были поражены, когда наши экспериментальные и теоретические исследования показали, что это может происходить при сохранении симметрии системы».

Для этого исследователи использовали нелинейную связь. Они индуцировали её с помощью мощных радиочастотных токов, воздействуя на искусственный магнит. Этот метод позволяет контролируемо управлять энергией между модами.

Эти результаты углубляют понимание нелинейной динамики и явлений связи в искусственных системах и могут стать основой для дальнейших исследований. Команда планирует продолжить работу, применяя этот подход к устройствам высокоскоростной обработки сигналов.

Исследование проводилось под руководством WPI Advanced Institute for Materials Research (AIMR), Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences (FRIS), Research Institute of Electrical Communication (RIEC), Center for Science and Innovation in Spintronics (CSIS) и Graduate School of Engineering при Университете Тохоку в сотрудничестве с Japan Atomic Energy Agency (JAEA) и University College London (UCL).

Подробнее: A. Sud et al, Electrically Controlled Nonlinear Magnon-Magnon Coupling in a Synthetic Antiferromagnet, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/sc6y-rxbg

Источник: Tohoku University