23723

PHY3 153

دكتري

فيزيك

علوم

1403/04/20

100 ص.

مالك باقري هاروني , علي مهدي‌فر

: سامانه‌هاي مگنوني آميخته , شفافيت القاييده مگنومكانيكي , درهم‌تنيدگي كوانتومي

به منظور تحقق پروتكل‌هاي محاسبات كوانتومي، در سال‌هاي اخير برانگيختگي‌هاي جمعي اسپين در مواد فرومغناطيس، به عنوان حامل اطلاعات، به طور گسترده مورد توجه قرار گرفته‌اند. به گونه‌اي كه سامانه‌هاي كوانتومي مبتني بر برانگيختگي‌هاي اسپين جمعي، مگنون، مانند كاواك‌هاي الكترومگنونيك، اپتومگنونيك و مگنومكانيك بستر جديدي را در اطلاعات و فناوري‌هاي كوانتومي فراهم آورده‌اند. از سوي ديگر، اجسام شناور زمينه مطالعاتي جديدي را براي حسگري نيروهاي ضعيف، آشكارسازي ماده تاريك و اندازه‌گيري گرانش كوانتومي فراهم آورده‌اند. هم‌چنين، سامانه‌هاي شناور گزينه بسيار مناسبي براي مطالعه و بررسي فيزيك غير تعادلي‌ بوده و كابردهاي متنوعي در آشكارسازي و حسگري بسيار دقيق كميت‌هاي فيزيكي دارند. بدين ترتيب و با توجه به ويژگي‌هاي منحصر به‌فرد سامانه‌هاي مگنوني آميخته و هم‌چنين پيشرفت روش‌هاي شناورسازي، در پژوهش حاضر با درنظر گرفتن يك سامانه مگنومكانيكي با يك كره‌ي شناور به مطالعه و بررسي دو پديده مهم كوانتومي يعني شفافيت القاييده مگنومكانيكي و درهم‌تنيدگي درجات آزادي داخلي و خارجي مي‌پردازيم. در اين راستا، ابتدا با مفهوم مگنون و انواع سامانه‌هاي مگنوني آميخته آشنا مي‌شويم. سپس پديده شفافيت القاييده مگنومكانيكي و امكان كنترل سرعت نور را بررسي خواهيم كرد. خواهيم ديد كه برهم‌كنش ميان فوتون-مگنون-حركت مركز جرم منجر به عبور بدون جذب پرتو گمانه از درون كاواك مي‌شود. عوامل مختلفي هم‌چون مكان مركز جرم، قدرت جفت شدگي مگنون-فوتون-حركت مركز جرم، بسامد و توان ميدان رانشي در كنترل و دستكاري شفافيت القاييده مگنومكانيكي نقش بسيار مهم و كليدي دارند. هم‌چنين، بروز شفافيت القاييده مزبور در دو رژيم جفت شدگي قوي و بينابيني نيز امكان پذير است. پس از آن، با بررسي سرعت پرتو نور عبوري، امكان دستيابي به نور آهسته و سريع نيز مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. در نهايت نيز درهم‌تنيدگي مگنون به عنوان درجه آزادي داخلي و حركت مركز جرم به عنوان درجه آزادي خارجي را مطالعه مي‌كنيم. نشان مي‌دهيم با درنظر گرفتن فرضياتي ساده و با توجه به پيشرفت‌هاي حاضر در فناوري شناورسازي اجسام مي‌توان سامانه سه مدي فوتون-مگنون-مركز جرم را به طور موثر به يك سامانه دو مدي مگنون و مركز جرم تقليل داد. سپس با توجه به اينكه افزايش اتلاف مگنون و افزايش دما تاثير چشمگيري در كاهش درهم‌تنيدگي دارند، فرض چلاندگي مگنون‌ها را درنظر گرفته و خواهيم ديد كه افزايش دامنه چلاندگي مگنون به حفظ درهم‌تنيدگي در دماهاي بالاتر، با وجود افزايش اتلاف مگنوني، منجر خواهد شد.

Hybrid magnonic system , Magnomechanically induced transparency , Quantum entanglement

Magno-mechanics induced transparency and control of the speed light in hybrid magnonic systems

فيزيك

In recent years, collective spin excitations in ferromagnetic materials have received widespread attention, as carriers of information for realizing quantum computing protocols. In other words, quantum systems based on collective spin excitations, magnons, have provided a new platform in quantum information and quantum technology, including electromagnonics, optomagnonics, and magnomechanics systems. On the other hand, levitated objects have opened up new avenues for studying weak force sensing, dark matter detection, and quantum gravitational measurement. Additionally, levitated systems are a suitable candidate for investigating non-equilibrium physics and have diverse applications in the precise detection and sensing of physical quantities. Motivated by the unique characteristics of hybrid magnonic systems and the advancement of levitated methods, in this thesis, we suppose a cavity-magnomechanical system, including a levitated sphere, and study two important quantum phenomena: magnomechanically induced transparency (MIT) and entanglement between internal and external degrees of freedom. In first step, we give a brief explanation of the concept of magnons and introduce various hybrid magnonic systems. Then, we study the phenomenon of MIT. It will be demonstrated that the interaction between photon-magnon-center of mass motion (CM) leads to a transparency window. In addition, various factors such as the position of sphere, magnon-photon-CM coupling strength, frequency and power of the driving field play important roles in controlling and manipulating MIT. Also, the transparency window can appear in both regimes, i.e., strong and intermediate coupling regimes. We will show the slow and fast light effects and transformation between subluminal and superluminal propagation of the output probe field. In the next step, the entanglement between magnon as internal degrees of freedom and CM as external degrees of freedom is investigated. we illustrated that by considering simple assumptions and with the current advances in levitated technology, the three-mode (photon-magnon-CM) system can effectively be reduced to a two-mode (magnon-CM motion) system, and then we show the magnon-CM entanglement. As is shown, increasing the magnon damping rate and the temperature have significant impact on entanglement reduction. So, by assuming the magnon squeezing, we can preserve the entanglement at higher temperatures, even if the magnon damping rate increases.

4

34174