我校郭光燦院士團隊在磁力系統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，在磁力系統中實現了磁振子頻率梳。該研究成果于2023年12月11日發表在國際學術期刊《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、雙光梳光譜學等領域上展現出了廣闊的應用前景。此外，其他物理系統中的頻率梳也得到了廣泛的研究，例如微波系統和聲子系統。然而，實現可應用于高精度磁頻計量的磁振子頻率梳目前仍面臨挑戰。

圖1：a.磁振子與聲子之間的耦合示意圖；b-c.通過級聯的磁力學相互作用，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產生，該泵浦使磁致伸縮效應導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，在磁力系統中可以觀察到類似克爾頻率梳效應的級聯四波混頻，從而產生一個多達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了對磁子頻率梳梳齒頻率間隔的調諧以及穩定。該工作不僅推進了磁振子系統的非線性物理研究，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、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新研究院、物理學院、科研部）