Curve di anticrossing in sistemi ibridi magnone-fotone

I sistemi ibridi magnone-fotone, in cui modi normali della magnetizzazione in materiali magnetici possono scambiare energia con i modi di un risonatore elettromagnetico, sono di forte interesse per lo sviluppo di sensori magnetici estremamente sensibili. Essi vengono descritti attraverso il formalismo degli oscillatori accoppiati, che porta ad individuare un'espressione per gli autovalori dell' Hamiltoniana del sistema da cui è possibile comprendere come l'accoppiamento tra i due oscillatori modifichi le energie del sistema. In particolare, in un grafico in cui si riportano le curve corrispondenti alle energie del sistema in funzione di un parametro esterno, come ad esempio un campo magnetico che modifica la frequenza del modo magnetico, si osserva un gap tra le due curve. Tali curve sono chiamate curve di anticrossing e il gap tra le curve è noto come splitting di Rabi, la cui entità è proporzionale alla forza dell'accoppiamento. La regione di anticrossing è dove si formano gli stati ibridi magnone-fotone, ed è una chiara indicazione dello scambio di energia tra i due sistemi. In assenza di accoppiamento, le curve si incrocerebbero. In questo lavoro di tesi lo studente avrà modo di apprendere il formalismo con cui vengono descritti i sistemi accoppiati, e di acquisire e analizzare curve di anticrossing per un sistema composto da una o più sfere di granato di ittrio (YIG, Yttrium Iron Garnet) all'interno di una cavità risonante a microonde. Il campo magnetico che modifica la frequenza del modo magnetico nel materiale viene applicato attraverso un solenoide superconduttore in un apparato criogenico già progettato e messo a disposizione per l'attività di tesi. La stessa mappa può essere ottenuta anche in un apparato che possiamo operare a temperatura ambiente, in cui il campo magnetico viene generato attraverso un elettromagnete. Ci sarà quindi modo di acquisire competenze sperimentali tra cui: tecniche di criogenia, generazione e utilizzo di campi magnetici, tests di apparati a microonde con analizzatori vettoriali. La tesi prevede alcune giornate presso i LNL dove è collocato l'esperimento.