Spincavitronics : repulsive and attractive energy levels in YIG bulk-microwave cavity coupled systems
Spincavitronique : répulsion et attraction des niveaux d’énergie dans des systèmes couplés de cavité micro-ondes et YIG macroscopique
Résumé
This thesis investigates the field of spincavitronics, focusing on the strong coupling between magnons and photons in three-dimensional (3D) cavities, leading to the formation of cavity magnon polaritons (CMPs). We explore the transition between the strong coupling and ultra-strong coupling regimes, achieving coupling strengths between 12% and 58% of the cavity frequency at room temperature. Magnons, with their tunable frequencies and long coherence times, are promising candidates for quantum memory and other quantum technologies, offering applications in quantum computing and long-distance quantum communication. Our research contributes to the development of a deeper understanding of magnon-photon interactions, with implications for improving the coupling strength and optimizing hybrid quantum systems. Additionally, this work presents a detailed study of the level attraction phenomenon between magnons and antiresonant photonic modes in 3D cavities. This phenomenon enables non-reciprocal photon transmission, which is essential for the design of advanced communication devices such as circulators and quantum memory systems. We develop a physical model to explain the emergence of these antiresonances, supported by experimental validation and simulations. These insights open new pathways for applying level attraction mechanisms in sensing technologies and quantum information processing, demonstrating the versatility of spincavitronics for future advancements in both quantum technologies and radiofrequency applications.
Cette thèse explore le domaine de la spincavitronique, en se concentrant sur le couplage fort entre les magnons et les photons dans des cavités tridimensionnelles (3D), conduisant à la formation de polaritons magnons-cavité (CMPs). Nous étudions la transition entre les régimes de couplage fort et ultra-fort, atteignant des forces de couplage de 12 % à 58 % de la fréquence de la cavité à température ambiante. Les magnons, avec leurs fréquences ajustables et leurs longs temps de cohérence, sont des candidats prometteurs pour la mémoire quantique et d'autres technologies quantiques, avec des applications dans le calcul et la communication quantiques. Nos recherches approfondissent la compréhension des interactions magnon-photon, avec des implications pour l’optimisation des systèmes hybrides quantiques. Ce travail présente également une étude du phénomène d'attraction de niveaux entre magnons et modes photoniques d'antirésonance dans des cavités 3D. Ce phénomène permet la transmission non réciproque des photons, essentielle pour des dispositifs tels que les circulateurs et les systèmes de mémoire quantique. Nous développons un modèle physique pour expliquer ces antirésonances, validé par des mesures expérimentales et des simulations. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour l’utilisation des mécanismes d'attraction de niveaux dans les technologies de détection et d'information quantique.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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