腔-磁力是由光学腔模式、磁振子模式、声子模式构成的复合系统,是一个新兴的研究方向。磁振子是磁性材料里面大量自旋的集体激发,磁振子模式即自旋波,声子模式则是磁性材料由于磁振子激发数变化导致的磁致伸缩效应产生的振动模式,腔模式则是光学腔中微波频段的光场本征模式。特别地,这些磁振子模式在一些绝缘铁磁材料中的阻尼系数很低,例如本文中我们提到的钇铁石榴石单晶磁性绝缘材料。绝缘铁磁材料中磁振子模式较长的相干作用时间,再加上磁性材料里的自旋密度很大高于传统自旋系统(比如原子系综)数个量级,使得磁振子和微波腔场能够实现强耦合(gam>κa,m)。由于磁振子模式的频率也是在微波频段,频率的大小取决于外加偏置磁场的磁场强度,其可以和微波腔光子通过磁偶极相互作用耦合起来。这种耦合作用是线性的,类似于量子光学里面的光分束器作用,在相互作用过程中只是交换两者之间的状态。声子和磁振子则是通过磁致伸缩作用相互耦合,两者之间的耦合是非线性的,其和腔-光力中的辐射压作用相似,耦合强度可以通过施加一个泵浦场来增强。当磁致伸缩耦合进入到强耦合区域(gmb>λb,m),且声子的品质因子远远大于1时,磁振子-声子系统可产生一些量子效应,例如纠缠。因此在腔-磁力研究中,磁致伸缩作用扮演了核心的角色。到此为止,我们知道磁振子模式既可以和腔光子相互作用,也可以和声子发生作用,这三个就可以通过磁振子相互耦合起来,形成由腔光子、磁振子、声子组成的腔-磁力系统。三者的耦合使得编码在三个不同的载体上的信息相干转换成为可能,因此会对经典、量子通讯,量子信息处理等前沿技术发展起到促进作用。我们知道,磁性材料中的磁振子模式通常包含大量自旋,那么研究磁振子模式之间的纠缠态对宏观量子效应具有重要意义。腔-磁力系统中的磁振子和声子的非线性效应可以用来产生磁力纠缠,这种纠缠可以转移到系统中的磁振子和光子、光子和声子之间,也可以用来纠缠两个微波场,当磁振子模式与两个微波腔场耦合时。经过文献调研,目前有多种方法用来纠缠两个微波场,其中包括利用到约瑟夫森放大器的非线性特性、或者让一束压缩真空态通过一线性微波分束器、两个微波场同时与一个机械振子作用通过辐射压力产生纠缠态。用磁致伸缩作用的方法来产生两个微波场的纠缠还未被探索。本论文共分为四章,具体章节安排如下:第一章是绪论部分。首先,介绍了腔-磁力新兴研究方向的研究背景和目前国内外的发展状况,进而指出本文的研究意义。随后介绍了本论文中主要用到的理论基础和研究方法,即磁振子模式的概念、铁磁材料钇铁石榴石、微波腔光子和磁振子模式的强耦合体系、声子和磁振子的磁致伸缩作用、高斯态以及完全描述其数学表达形式-协方差矩阵。第二章我们引入了用来纠缠两个磁振子模式的系统,给出了哈密顿量和相应的朗之万方程组,并且展示了解这些方程的细节。基于可行性的实验数据,我们定量地计算了两个磁振子模式的纠缠度,还给出了在极优条件下的解析表达式。第三章通过利用铁磁材料中磁振子和声子的非线性作用,即磁致伸缩作用,我们提供了一个在腔-磁力系统中纠缠两个微波场的方案。从系统哈密顿量出发,解朗之万方程组。在可行性的实验数据下定量地计算两个微波场的纠缠度。还讨论了如何在实验上实现我们的理论方案。第四章归纳概括本论文的主要结论及创新点,提出接下来的研究计划。