我校郭光燦院士團隊在磁力系統(tǒng)研究方面取得新進展。該團隊的董春華教授研究組通過磁振子與聲子相互作用，在磁力系統(tǒng)中實現(xiàn)了磁振子頻率梳。該研究成果于2023年12月11日發(fā)表在國際學術(shù)期刊《PhysicalReviewLetters》。
光學頻率梳，即頻率域上具有均勻間隔的相干光譜，最初用于時間和頻率測量。近二十年來，光學頻率梳在天文學與宇宙學、光學原子鐘、激光雷達(LiDAR ) 、低噪聲微波源、相干光通信、量子密鑰分發(fā)、雙光梳光譜學等領(lǐng)域上展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。此外，其他物理系統(tǒng)中的頻率梳也得到了廣泛的研究，例如微波系統(tǒng)和聲子系統(tǒng)。然而，實現(xiàn)可應(yīng)用于高精度磁頻計量的磁振子頻率梳目前仍面臨挑戰(zhàn)。
圖1：a.磁振子與聲子之間的耦合示意圖；b-c.通過級聯(lián)的磁力學相互作用，形成磁振子頻率梳，頻率間隔是機械頻率ωb。
針對這一難題，研究團隊通過磁-力學相互作用在具有機械模式的諧振腔中實驗產(chǎn)生了一個磁振子頻率梳。此動力學過程由一個處于藍失諧的外部強泵浦誘導(dǎo)產(chǎn)生，該泵浦使磁致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致的磁力學非線性相互作用顯著增強。當泵浦功率足夠強時，磁力非線性作用顯著，在磁力系統(tǒng)中可以觀察到類似克爾頻率梳效應(yīng)的級聯(lián)四波混頻，從而產(chǎn)生一個多達20根梳齒線的磁振子頻率梳，頻率間隔為10.08MHz，等于機械模式的諧振頻率。此外，研究團隊通過外部注入鎖定的方式實現(xiàn)了對磁子頻率梳梳齒頻率間隔的調(diào)諧以及穩(wěn)定。該工作不僅推進了磁振子系統(tǒng)的非線性物理研究，還解鎖了磁振子頻率梳用于傳感和計量的潛力。
圖2：a.磁振子頻率梳隨泵浦功率增加的演變；b-c.a圖中不同演化階段磁振子頻率梳的實驗與模擬光譜。
徐冠庭、張勱為該論文的共同第一作者，沈鎮(zhèn)、董春華為該論文的通訊作者。上述研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、中國科學院、國家自然科學基金委等單位的支持。
附論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.243601
（中國科學院量子信息重點實驗室、中國科學院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、物理學院、科研部）
