In this thesis, we study the classical and the quantum characteristics of the magnons in the compensated ferrimagnets. We show that the compensated ferrimagnets can play a key role in the tasks of the quantum information process (QIP), such as the transformation of the quantum information or the generation of the quantum entanglement. We first investigate the coupling strength and the coupling frequency between the magnon and the photon. We find that the compensated ferrimagnets can have a strong couping strength and a high coupling frequency at the same time, which is not allowed for the antiferromagnets or the ferromagnets. We next study the entanglement between magnons in the compensated ferrimagnets. In contrast to the antiferromagnets, the compensated ferrimagnets can have the ground state that is arbitrarily close to the Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) state. The ground-state entanglement diverges at the EPR state, and a large ground-state entanglement gives rise to a large steady-state entanglement. Consequently, the compensated ferrimagnet can have a larger steady-state entanglement compared to the antiferromagnet, especially in the vicinity of the EPR state. Thus, our work shows that the compensated ferrimagnet is a promising candidate as a new platform for performing the QIP tasks.
이 논문에서는 준강자성체의 마그논의 고전적, 양자적 특성 및 마그논과 광자 간의 상호작용에 대해서 연구하였다. 이를 통해 준강자성체의 마그논이 양자정보처리 연구분야에서 양자정보의 변환이나 양자얽힘의 생성과 같은 역할을 수행할 수 있음을 보인다. 먼저, 마그논과 광자와의 상호작용이 준강자성체의 물성 및 외부자장에 의해 어떻게 변화하는지 보이고 이를 강자성체나 반강자성체의 경우와 비교한다. 본 연구 결과에 의하면, 준강자성체는 강한 결합세기와 높은 결합 주파수를 동시에 가질 수 있다. 반강자성체나 강자성체는 이러한 특성을 가질 수 없으므로, 준강자성체는 양자정보 변환 시 기존 자성체 보다 좋은 특성을 보인다고 할 수 있다. 다음으로 준강자성체의 마그논 간의 양자얽힘에 대해 연구하였다. 준강자성체는 반강자성체와 달리 바닥상태의 양자얽힘이 발산하는 상태를 가질 수 있다. 이를 이용하면 정상상태의 양자얽힘을 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 준강자성체를 사용하여 반강자성체 보다 큰 양자얽힘을 만들어낼 수 있음을 보인다. 양자얽힘은 양자정보처리 작업을 수행에 필수적인 요소이다. 따라서 준강자성체는 향후 양자정보처리 연구분야에서 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 생각된다.
