我校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在磁力系統(tǒng)研究方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)的董春華教授研究組通過(guò)磁振子與聲子相互作用，在磁力系統(tǒng)中實(shí)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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《PhysicalReviewLetters》。

光學(xué)頻率梳，即頻率域上具有均勻間隔的相干光譜，最初用于時(shí)間和頻率測(cè)量。近二十年來(lái)，光學(xué)頻率梳在天文學(xué)與宇宙學(xué)、光學(xué)原子鐘、激光雷達(dá)(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(xué)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(shí)現(xiàn)可應(yīng)用于高精度磁頻計(jì)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(guò)級(jí)聯(lián)的磁力學(xué)相互作用，形成磁振子頻率梳，頻率間隔是機(jī)械頻率ωb。

針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)磁-力學(xué)相互作用在具有機(jī)械模式的諧振腔中實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了一個(gè)磁振子頻率梳。此動(dòng)力學(xué)過(guò)程由一個(gè)處于藍(lán)失諧的外部強(qiáng)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(xué)非線性相互作用顯著增強(qiáng)。當(dāng)泵浦功率足夠強(qiáng)時(shí)，磁力非線性作用顯著，在磁力系統(tǒng)中可以觀察到類(lèi)似克爾頻率梳效應(yīng)的級(jí)聯(lián)四波混頻，從而產(chǎn)生一個(gè)多達(dá)20根梳齒線的磁振子頻率梳，頻率間隔為10.08MHz，等于機(jī)械模式的諧振頻率。此外，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)外部注入鎖定的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jìn)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)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(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、物理學(xué)院、科研部）