25274

شبيه سازي سامانه ي هيبريدي كاواك_مگنت

كارشناسي ارشد

فيزيك

97-98

1400/03/12

دكتر محمد واحدي- دكتر بابك زارع رمشتي

فيزيك

در اين تحقيق جفت‌شدگي قوي ميان يك كاواك مايكروويو مكعب‌مستطيلي با ابعاد 45 20 6 ميليمتر و كره‌اي مغناطيسي از جنس YIG را در دو فركانس تشديدي كاواك معادل GHz 8 و GHz 10 مورد مطالعه قرار مي‌دهيم. بدين منظور، در يك مدل طراحي‌شده در نرم‌افزار كامسول، با تغيير شعاع كره‌ي مغناطيسي از 5ر0 تا 5ر2 ميليمتر، ثابت جفت‌شدگي را از نمودارهاي دافعه‌ي مدي استخراج مي‌نماييم. تحليل نظري نشان مي‌دهد ثابت جفت‌شدگي بايستي با جذر تعداد اسپين‌ها متناسب باشد، كه براي يك نمونه‌ي مغناطيسي همگن، با مكعب ابعاد نمونه تناسب دارد. از اين رو، منحني‌هاي نمائي را به داده‌هاي بدست‌آمده به ازاي هر مد كاواك برازش داديم تا تطابق نتايج خود را با توان 2/3 شعاع كره بررسي كنيم. با حذف داده‌هاي غيرقابل‌اطمينان درمي‌يابيم كه مقدار توان براي مد‌هاي GHz 8 و GHz 10 به ترتيب معادل 601ر1 و 731ر1 است. دستيابي به رژيم جفت‌شدگي قوي در اين سامانه، مستلزم آن است كه اتلاف زيرسامانه‌ي مغناطيسي ( ) و همچنين اتلاف كاواك مايكروويو در مقايسه با ثابت جفت‌شدگي كوچك ‌باشند. براي بررسي اين موضوع، ثابت اتلاف گيلبرت را متغير در نظر گرفته و طيف بازتابي مايكروويو را شبيه‌سازي كرديم. مشاهده مي‌شود دافعه‌ي بين ترازها، كه نمايانگر دستيابي به رژيم جفت‌شدگي قوي مي‌باشد، به ازاي مشخصات اين مدل، در حدود 3-10 كمرنگ و ناپديد مي‌شود. مرتبه‌ي بزرگي اين مقدار آستانه، شرط رژيم جفت‌شدگي قوي را تاييد مي‌نمايد. نمودارهاي طيف بازتابي بدست‌آمده به ازاي شعاع‌هاي بزرگتر كره‌ي مغناطيسي شامل بيش از يك دافعه‌ي ترازي هستند. اين موضوع (تعدد دافعه‌ي ترازها) به دليل برهمكنش كره به عنوان يك محيط دي‌الكتريك با مولفه‌ي الكتريكي ميدان الكترومغناطيسي كاواك مايكروويو رخ مي‌دهد. به منظور نشان دادن اين برهمكنش‌ها، كره‌اي دي‌الكتريك را جايگزين كره‌ي مغناطيسي كرديم و نمودارهاي مشابهي از دافعه‌ي ترازها در طيف بازتابي مايكروويو مشاهده شد.

1400/06/27

Simulation of Cavity-Magnet Hybrid System

1/1/1900 12:00:00 AM

We study the strong coupling of a rectangular microwave cavity with dimensions mm and an YIG sphere, around two eigenmodes of the cavity, 8 GHz and 10 GHz. To this end, we calculate the coupling strengths from reflection spectra obtained from a model built in COMSOL, varying the radius of the magnetic sphere from 0.5 mm to 2.5 mm. It is known that the coupling strength is proportional to the square root of the number of spins, i.e. the volume of a homogeneous sample. We fit exponential curves to reflection spectra for each cavity mode to check the compliance of our results with of the magnet. We find a good agreement for both 8 GHz and 10 GHz modes of the cavity. To achieve strong coupling regime, the loss rates of both the magnet and the microwave cavity subsystems need to be small compared with the coupling strength. To investigate this issue, the reflection spectra are calculated as a function of Gilbert damping constant . It was observed that anti-crossing, which indicates the strong coupling regime, starts to fade out at nearly for our model which satisfies strong coupling regime condition. The reflection spectrum includes more than one anti-crossing for larger magnetic spheres. To gain a deeper insight, we investigate the interaction of a dielectric sphere and a microwave cavity.

رژيم جفت‌شدگي قوي , برهمكنش كاواك مايكروويو و كره‌ي مغناطيسي , ثابت اتلاف گيلبرت , دافعه‌ي ترازي , شبيه‌سازي كامپيوتري

Strong coupling regime , microwave cavity and magnetic sphere interaction , Gilbert damping constant , anti-crossing , simulation