Hybridization of Terahertz Phonons and Magnons in Disparate and Spatially-Separated Material Specimens
Oddziaływanie pomiędzy wzbudzeniami materii skondensowanej a polem elektromagnetycznym rezonatorów optycznych stanowi fascynujący obszar badań podstawowych i leży u podstaw nowoczesnych technologii fotonicznych oraz kwantowych. W niniejszej pracy, zarówno eksperymentalnie, jak i teoretycznie, zaprezentowano intrygującą koncepcję stanów złożonych powstających w wyniku silnego sprzężenia dwóch odmiennych kwazicząstek z tym samym modem optycznej wnęki rezonansowej. W szczególności zbadano magnony – kwanty fal spinowych wzbudzane w płytce kryształu antyferromagnetycznego – oraz fonony, czyli kwanty drgań sieci krystalicznej, wzbudzane w osobnej próbce izolującego materiału. Obie płytki wspólnie tworzyły wnękę optyczną typu Fabry’ego–Pérota w zakresie częstotliwości terahercowych. W badaniu wykazano powstawanie hybrydowych polarytonów fononowo-magnonowych oraz możliwość ich strojenia poprzez zmianę odległości między płytkami. Co istotne, efekt hybrydyzacji utrzymywał się nawet przy odległościach rzędu kilku milimetrów. Wyniki eksperymentalne zinterpretowano zarówno w oparciu o klasyczny model elektrodynamiczny, jak i przy użyciu elektrodynamiki kwantowej. Opis kwantowy pozwolił na ilościowe określenie stopnia hybrydyzacji, powiązanego z topologicznym zachowaniem wektora fazowego pola elektrycznego, co pozostaje zgodne z przewidywaniami klasycznego modelu. Prezentowane wyniki uzyskano w temperaturze pokojowej oraz przy zastosowaniu wnęk optycznych o wymiarach milimetrowych, co otwiera drogę do projektowania realistycznych, częstotliwościowo strojonych urządzeń terahercowych opartych na hybrydyzacji wzbudzeń elementarnych materii o elektrycznym (fononika) i magnetycznym momencie dipolowym (spintronika).
Artykuł:
Advanced Functional Materials
Autorzy z PW:
Marek Jan Potemski, Wojciech Knap
Dyscyplina:
Rok wydania: