声子和磁子之间的相干振荡

可以耦合具有相同频率和波长的两个不同波，使振幅在两者之间周期性地交替，形成一种称为相干跳动的现象。该过程通常可以用耦合的摆锤来观察，并且在宇宙尺度上作为由于不同中微子之间的波动而发生的中微子振荡。固体也可以同样保持各种波激发，以促进其热和电磁特性。

在现已发表在《自然通讯物理》杂志上的一份新 告中，Tomosato Hioki和日本东北大学和东京大学的材料研究和应用物理学科学家团队描述了在固体中观察到的不同激发物种之间的相干跳动，即声子 - 量子振动机械能和磁子—代表电子自旋结构集体激发的准粒子。该团队使用时间分辨磁光学显微镜来展示化合物中产生的磁子如何通过转移到声子而逐渐消失，然后在一段时间后返回到磁子的形式。振荡周期与磁子声子跳动一致。科学家们设想，实验结果将为连贯地控制固体中的磁子-声子系统铺平道路。

镥铁柘榴石中的声子-磁子相互作用

声子是固体晶格的振动波，负责固体的弹性和热性能。磁子或自旋波相反地代表磁化的波浪运动，存在于负责其磁性和热性质的磁铁中。这两个粒子可以通过磁弹性和磁静态耦合在固体中相互作用。每个系统的色散曲线中提供了粒子的动力学，以显示波数和频率之间的关系。科学家们已经记录了横向声子和磁子在典型绝缘体（如镥铁柘榴石）薄膜中的色散曲线。声子和磁子粒子的这种色散曲线保持交集，围绕该交集可以形成磁子 - 声子杂交状态。研究人员发现这种状态表现出极长的寿命，由于与保持较长寿命的声子杂交，远远大于纯磁子。

物理学家已经证实了镥铁柘榴石的使用寿命延长，同时测量了自旋 - 热转换，即使在室温下也是如此。研究人员希望同时观察到相干叠加，该叠加在声子和磁子之间形成相应的跳动振荡。在这项工作中，Hioki等人描述了镥铁柘榴石中两个声子和磁子之间相干跳动的观察。该团队使用时间分辨磁光显微镜并测量了磁化动力学。他们发现了高达数十纳秒的相干跳动，并通过实验证实了镥铁柘榴石裸膜（缩写为LUIG）中磁子和声子之间的强耦合。

实验设置

声子和磁子之间的相干振荡

该团队在泵脉冲照射后获得了偏振旋转角度，其中垂直波图案出现在泵脉冲焦点附近，以演示设备的磁力激励。他们证实偏振旋转是由于磁光法拉第效应。结果表明，泵脉冲照射后磁子和声子的色散曲线交汇处出现了磁振子极化子。Hioki等人通过显微镜直接测量纯磁子，以显示周期性振荡信号作为时间与磁子频率的函数。

然后，他们测量了磁光法拉第旋转，并显示了当磁子转化为声子时信号的消失。观察到的振荡意味着时域中磁子和声子之间的周期性跳动。该团队通过泵脉冲激发的波模式的及时变化进一步证明了真实空间中的相干跳动振荡。他们讨论了磁振子的激发光谱和相干振荡频率，以及磁子和声子分布曲线之间交点处的角频率。结果显示与理论计算非常吻合。

展望

通过这种方式，Tomosato Hioki及其同事通过计算光谱磁子振幅的傅里叶变换来数值测量磁农振幅的及时演变。研究小组认为横向声子和磁子之间的耦合动力学与观察到的振荡有关。为了理解实验结果，Hioki等人将大合作性归功于柘榴石晶体中声子的小固有磁阻尼和高质量因子。科学家们通过从平面薄膜中制造声子或木子晶体来进一步增强薄膜中的磁子 - 声子耦合，以帮助控制马格农电路和器件中的磁子。所提出的磁子-声子相干振荡为研究耦合系统的动力学提供了一个平台，以调节各种磁性材料中的磁性和弹性。

更多信息：Tomosato Hioki等人，声子和磁子之间的相干振荡，通信物理学（2022）。DOI：
10.1038/s42005-022-00888-1

L. J. Cornelissen等人，室温下磁绝缘体中磁子自旋信息的长距离传输，Nature Physics（2015）。DOI： 10.1038/nphys3465

期刊信息： 通信物理 ， 自然物理