Spinwellen oder Magnonen - Magnetisierungswellen, die sich in magnetischen Materialien ausbreiten - sind faszinierende Anregungen mit einer unkonventionellen Kombination von Eigenschaften wie Nichtlinearität, abstimmbaren Frequenzen und Dispersionsrelationen sowie der Fähigkeit, effizient mit mehreren Freiheitsgraden zu koppeln, von supraleitenden und Spin-Qubits bis hin zu Phononen, Mikrowellen oder optischen Photonen. Spinwellen wurden im klassischen Bereich aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen in der klassischen Informationsverarbeitung ausgiebig untersucht, doch sind sie im Quantenbereich noch nicht vollständig verstanden. Kernfragen wie die Erzeugung von quantenmagnonischen Zuständen in Nanostrukturen oder deren Zertifizierung sind nach wie vor unbeantwortet.

Unser Team hat sich zum Ziel gesetzt, eine quantentheoretische Beschreibung von Magnonen zu entwickeln und zu bestimmen, inwieweit diese Anregungen in hybriden Quantenplattformen von Nutzen sein können. Außerdem wollen wir Experimente vorschlagen, um magnonische Quantenzustände in Nanostrukturen zu erzeugen und nachzuweisen. Dies erfordert die Entwicklung von Modellen für die Erzeugung, Dekohärenz und den Nachweis von Magnonen durch die Kombination von Techniken aus der Quantenoptik und Nanophotonik, offenen Quantensystemen und der klassischen Magnonik. Außerdem ist eine enge Zusammenarbeit mit experimentellen Kollegen erforderlich.

Beispiel für ein zukünftiges hybrides quantenmagnonisches Gerät. Spin-Qubits werden selektiv mit einem optischen Strahl aktiviert (Phys. Rev. B 105, 075410 (2022)).

Beispiel für ein zukünftiges hybrides quantenmagnonisches Gerät. Spin-Qubits werden selektiv mit einem optischen Strahl aktiviert (Phys. Rev. B 105, 075410 (2022)).

Nanopartikel, die im Ultrahochvakuum schweben, sind eine einzigartige Plattform, auf der sowohl mechanische (Bewegung des Massenschwerpunkts, Rotation) als auch interne Freiheitsgrade (Phononen, Magnonen usw.) extrem von ihrer Umgebung isoliert sind. Die präzise Kontrolle über einige dieser Freiheitsgrade ermöglicht die künftige Erforschung zahlreicher physikalischer Phänomene, von den Grundlagen der Quantenmechanik bis hin zu unkonventionellen Bereichen der kondensierten Materie.

Wir sind daran interessiert, eine quantentheoretische Beschreibung dieser neuartigen Licht-Materie-Plattform und ähnlicher schwach verbundener nanomechanischer Resonatorsysteme zu entwickeln. Einerseits entwickeln wir Modelle zur Beschreibung der Quantendynamik mechanischer Freiheitsgrade von schwebenden Nanopartikeln in Gegenwart externer Systeme wie optischer Kavitäten oder anderer Oszillatoren. Ziel dieser Bemühungen ist es, Experimente vorzuschlagen, mit denen sich reine Quantenbewegungszustände von schwebenden Nanopartikeln erzeugen und nachweisen lassen. Andererseits sind wir daran interessiert, zu verstehen und zu kontrollieren, was sich im Inneren dieser schwebenden Objekte befindet, nämlich ihre Anregungen aus kondensierter Materie wie Phononen, Magnonen usw. Die Beschreibung dieser Quantenanregungen in solchen isolierten Systemen erfordert die Aufgabe verschiedener allgemeiner Annahmen, die bei der theoretischen Beschreibung von Festkörpern zugrunde gelegt werden, und könnte neue Bereiche der kondensierten Materie erschließen. Wir erforschen diese Systeme mit Techniken aus der Theorie offener Quantensysteme, der Quantenelektrodynamik und der Quantenoptomechanik.

Indem man ein kleines Teilchen schweben lässt, kann man Protokolle zur Erzeugung und zum Nachweis von Quantenbewegungszuständen dieser makroskopischen Objekte entwickeln. (Science 374, abg3027 (2021))

Indem man ein kleines Teilchen schweben lässt, kann man Protokolle zur Erzeugung und zum Nachweis von Quantenbewegungszuständen dieser makroskopischen Objekte entwickeln. (Science 374, abg3027 (2021))

Webseite

https://www.gonzalezballesterogroup.com/, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster