Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ, ДОПИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ИОНАМИ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Работа №35550

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

физика

Объем работы41
Год сдачи2019
Стоимость4900 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
72
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1 Изотопически чистые примесные кристаллы для квантовой памяти.. 6
1.1 Обзор литературы 6
1.2 Электронный парамагнитный резонанс 10
1.3 Теория кристаллического поля и расчета параметров 10
Глава 2 Описание исследуемых образцов и экспериментальная часть 13
2.1 Экспериментальная техника ЭПР 13
2.2 Методы получения кристаллических образцов 14
Глава 3 Исследование кристалла YVO4, допированного ионами 143Nd3+ и 145Nd3+ 15
3.1 Вид и структура кристаллов YVO4:143Nd3+ и YVO4:145Nd3+ 15
3.2 Характеристика примесных ионов неодима 143Nd3+ и 145Nd3+ 19
3.3 Результаты ЭПР - спектроскопии 20
3.4 Расчет параметров спинового гамильтониана 24
3.5 Расчет параметров кристаллического поля 29
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

В настоящее время активно исследуются возможности передачи и обработки квантовой информации. Также существует необходимость хранить квантовую информацию, поскольку необходимость обработки может возникнуть спустя конечный временной промежуток, а не сразу же после передачи. Для этого нужно создать подходящую квантовую память, с помощью которой осуществлялось бы хранение квантовой информации в течение времени, достаточного для проведения операций по обработке этой информации [1]. Идея реализации квантовой памяти заключается в переносе квантового состояния электромагнитного излучения на пару конечных состояний системы атомов в веществе. В связи с этим, необходимо найти подходящие материалы для создания квантовой памяти, которые бы обладали следующими свойствами:
1) Большая оптическая плотность
2) Большое время фазовой релаксации
3) Низкие значения однородного и неоднородного уширений резонансных переходов
Материалами, обладающими вышеперечисленными свойствами, являются диэлектрические кристаллы ортосиликата иттрия Y2SiO5 (YSO) и ортованадата иттрия YVO4 (YVO), а также ортосиликата скандия Sc2SiO5 (SSO), допированные редкоземельными ионами группы лантана: Nd3+, Yb3+ [2], [3]. Исследования данных кристаллов проводилась уже с 1960ых годов, поскольку данные кристаллы, допированные редкоземельными ионами нашли активное применение в лазерной оптике и смежных областях [4]-[6]. Для того, чтобы использовать данные кристаллы в качестве квантовой памяти, необходимо обеспечить наличие вышеперечисленных свойств. Этого можно достичь с помощью использования изотопически чистых редкоземельных примесей и изотопических чистых кристаллических матриц.
В этом заключается новизна исследовательской работы, так как исследования кристаллов YVO, допированных редкоземельными изотопически чистыми примесями почти не проводились.
С учетом того, что примесные ионы являются парамагнитными, и образуют парамагнитные центры в кристаллах, то методом исследования кристаллов был выбран метод электронного парамагнитного резонанса, который позволяет получить информацию о структуре взаимодействий примесного центра с его окружением в кристалле, а также о процессах протекающих непосредственно в парамагнитном центре.
Цель работы: исследовать угловые зависимости линий электронного парамагнитного резонанса для кристаллов YVO4:143Nd3+, YVO4:145Nd3+. Вычислить параметры кристаллического поля для парамагнитных центров ионов неодима, допированных в эти кристаллы.
Задачи:
1) Провести измерения спектров ЭПР для YVO4:143Nd3+(0.005%), YVO4:145Nd3+(0.005%) в зависимости от угла поворота монокристалла относительно внешнего магнитного поля в кристаллографических плоскостях (ab, ac и bc - плоскостях).
2) Построить зависимости резонансного поля для линий ЭПР от угла поворота образца (угловые зависимости) на основе полученных спектров ЭПР и описать их, используя теорию эффективного спинового гамильтониана, получить параметры спинового гамильтониана: g-тензор, А-тензор сверхтонкой структуры.
3) Используя полученные параметры спинового гамильтониана и литературные данные по штарковскому расщеплению, вычислить параметры кристаллического поля для примесных ионов в кристаллах YVO.
4) Сравнить полученные результаты с опубликованными в литературе.
Структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем диссертации составляет 41 страницы, включая 10 рисунков и 6 таблиц. Список использованной литературы содержит 31 источник.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность и новизна проведенных исследований. Сформулированы цели и задачи работы. Представлен общий вид магистерской диссертации.
В главе 1 диссертации приведен обзор литературы, описаны структуры кристаллов и их свойства, представлены результаты различных исследований парамагнитных центров в этих кристаллах с помощью оптических и радиоспектроскопических методов.
Глава 2 содержит в себе описание методов роста образцов и методов исследования образцов.
В главе 3 представлен анализ результатов исследований, а также проведено сравнение с результатами других исследований данных кристаллов.
Заключение состоит из подведения итогов работы и выводов.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

В ходе выполнения работы в рамках магистерской диссертации были получены следующие результаты:
1) Измерены спектры ЭПР для изотопически чистых примесных кристаллов 143/145Nd3+:YVO4 (0.005% ат.)
2) Получены значения g-тензора и тензора сверхтонкого взаимодействия А
3) Получены параметры кристаллического поля для иона неодима в кристалле YVO4
Результаты работы представлялись на различных конференции и опубликованы в публикациях:
1) Ликеров Р.Ф. Исследование YVO4, допированного редкоземельными ионами 143Nd3+ и 145Nd3+ методом ЭПР // Сборник научных статей Казанского Федерального Университета 2018 года: по результатам Конкурса на лучшую научную работу студентов Казанского федерального университета 2018 года./Казань: Изд-во Казан. ун-та,
2018. - 186с.
2) R.F. Likerov, I. V. Yatsyk, R.M. Eremina, Yu. D. Zavartsev, A. S. Kutovoi Investigation of YVO4 monocrystals doped by 143Nd3+ and 145Nd3+ rare earth ions by EPR and crystal-field parameters calculations // Actual problems of magnetic resonance and its application: program, lecture notes, proceedings of the XX International Youth Scientific School (Kazan 24-29 September 2018)/ edited by M.S. Tagirov, V.A. Zhikharev. - Kazan: Kazan University Press, 2018. - 124pp.
3) R.F. Likerov, V.F. Tarasov, R.M. Eremina, I.V. Yatsyk, T.P. Gavrilova, A.V. Shestakov, K.B. Konov, Yu. D. Zavartsev, S. A. Kutovoi, V.A. Shustov Investigation of neodymium doped YVO4 by EPR method // 15th
International School-Conference Magnetic Resonance and its Applications: abstracts / Saint Petersburg State University, 2018. - 280pp.
4) R.F. Likerov, V.F. Tarasov, A.A. Sukhanov, R.M. Eremina, K.B. Konov,
I. V. Yatsyk, A.V. Shestakov, Yu. D. Zavartsev, S.A. Kutovoi Investigation of neodymium doped YVO4 by EPR method // Opt.Mat. - 2018. - v.85. - pp. 414-417.
5) A.A. Sukhanov, R.F. Likerov, R.M. Eremina, I.V. Yatsyk, T.P. Gavrilova, V.F. Tarasov, Yu. D. Zavartsev, S. A. Kutovoi Crystal environment of impurity Nd3+ ion in yttrium and scandium orthosilicate crystals // J. Magn. Res. - 2018. - v. 295. - pp. 12-16



1. Hammerer, K. Quantum interface between light and atomic ensembles/ K. Hammerer, A. S. S0rensen, E. S. Polzik // Rev. Mod. Phys. -2010. - V.82. - No.2. - P.1041-1093.
2. Thiel C.W. Rare-earth-doped LiNbO3 and KTiOPO4 (KTP) for waveguide quantum memories / C. W. Thiel, Y. Sun, R.M. Macfarlane, Thomas Bottger and R. L. Cone // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 2012. - vol.45 - I.12
3. Thiel C.W. Rare-earth-doped materials for applications in quantum information storage and signal processing / C.W. Thiel, Thomas Bottger, R.L. Cone // J. Lumin. - 2011. - vol.131. - P353-361.
4. Kurkin I.N. EPR and Spin-Lattice relaxation of rare-earth activated centers in Y2SiO5 single crystals /I.N. Kurkin, K.P. Chernov // Physica. - 1980. - vol. 101B - p.233-238.
5. Bagdasarov Kh. Absorption, luminescence and induced radiation of YVO4 - Nd3+ crystals/ Kh. Bagdasarov, G. Bogomolova, A. Kaminskii, V. Popov// Dokl. Akad. Nauk. USSR. - 1968. - vol. 180. - p. 1347
6. Sun Y. Recent progress in developing new rare earth materials for hole burning and coherent transient applications /Y. Sun, C.W. Thiel, R.L. Cone, R.W. Equall, R.L. Hutcheson // J. Lumin. - 2002. - vol. 98. - p. 281-287.
7. Ахмеджанов Р.А. Кубиты на основе спектрально выделенных групп ионов Pr3+ в кристалле LaF3 / Р.А. Ахмеджанов, А. А. Бондарцев, Л.А. Гущин, И.В. Зеленский, А.Г. Литвак // Письма в ЖЭТФ. - 2011. - т.94. - вып. 12. - с. 945 - 950.
8. Lauritzen. B. Spectroscopic investigations of Eu3+:Y2SiO5 for quantum memory applications / B. Lauritzen, N. Timoney, N. Gisin, M. Afzelius, H. de Riedmatten, Y. Sun, R. M. Macfarlane, R. L. Cone // Phys. Rev. B. - 2012. - vol.85 - 115111.
9. Kok, P. Linear optical quantum computing with photonic qubits / P. Kok, W.
J. Munro, K. Nemoto, et al. // Rev. Mod. Phys. - 2007. - V.79. - No.1. - P.135174.
10. Braunstein, S. L. Quantum information with continuous variables /S. L. Braunstein, P. van Loock // Rev. Mod. Phys. - 2005. - V.77. -No.2. - P.513-577.
11. Lukin, M. D. Colloquium: Trapping and manipulating photon states in atomic ensembles / M. D. Lukin // Rev. Mod. Phys. - 2003. - V.75. - No.2. - P.457-472.
12. Bertaina S. Rare-earth solid-state qubits / S. Bertaina, S. Gambarelli, A. Tkachuk, I.N. Kurkin, B. Malkin, A. Stepanov, B. Barbara // J. Lumin. - 2002. - vol.100. - I.1.
13. Wolfowicz G. Coherent Storage of Microwave Excitations in Rare-Earth Nuclear Spins / G. Wolfowicz, et al. // Phys. Rev. Lett. - 2015. - vol.114. - 170503.
14. Morton J. J. L Solid-state quantum memory using the 31P nuclear spin /J. J. L. Morton, A. M. Tyryshkin, R. M. Brown, S. Shankar, B. W. Lovett, A. Ardavan, T. Schenkel, E. E. Haller, J. W. Ager, and S. A. Lyon // Nature (London). - 2008.
- vol. 455. - p. 1085-1088.
15 Welinski S. High resolution optical spectroscopy and magnetic properties of Yb3+ in Y2SiO5 / S. Welinski, A. Ferrier, M. Afzelius, Ph. Goldner // Phys. Rev. B.
- 2016. - vol.94 - 155116.
16. Lim Hee-Jin Coherent spin dynamics of ytterbium ions in yttrium orthosilicate / Hee-Jin Lim, et.al. // Phys. Rev. B. - 2018. - vol.97 - 064409.
17. Ortu A. Simultaneous coherence enhancement of optical and microwave transitions in solid-state electronic spins / A.Ortu, et al. // Nature Materials. - 2018.
- vol.17. - p.671-675.
18. Ichimura K. A simple frequency-domain quantum computer with ions in a crystal coupled to a cavity mode / K. Ichimura, et al. // Optics Comms. - 2001. - vol.196. - p.119-125.
19. Longdell J.J. Hyperfine interaction in ground and excited states of praseodymium-doped yttrium orthosilicate / Longdell J.J., et al. // Phys. Rev. B. - 2002. - vol.66. - 035101.
20. Longdell J.J. Experimental demonstration of quantum-state tomography and qubit-qubit interactions for rare-earth metal-ion-based solid-state qubits / J.J. Longdell, et al. // Phys. Rev. A. - 2004. - vol.69 - 032307.
21. Fraval E. Dynamic decoherence control of a solid-state nuclear-quadrupole qubit / E. Fraval, et al. //Phys. Rev. Lett. - 2005. - vol.95 - 030506.
22. Fraval E. Method of Extending Hyperfine Coherence Times in Pr3+: Y2SiO5 / E. Fraval, et al. // Phys. Rev. Lett. - 2004. - vol.92 - 077601.
23. Louchet A. Optical excitation of nuclear spin coherence in a Tm3+: YAG crystal / A. Louchet, et al. // Phys. Rev. B. - 2008. - vol.77 - 195110.
24. Альтшулер С.А. Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп /С.А. Альтшулер, Б.М. Козырев // Наука. - 1972.
25. Андреев С.Н. Выращивание и исследование сцинтилляционных свойств кристаллов-ортованадатов Ca:GdVO4 и Ca:YVO4 / С.Н. Андреев, et. al. // Краткие сообщения по физике ФИАН. - 2018. - н.6. - с. 29-36.
26. Jablonski R. Electron spin resonance and optical measurements of yttrium ortho-vanadate, doped with Nd3+ ions /R. Jablonski, S.M. Kaczmarek, M. Swirkowicz, T. Lukasiewicz, // Journal of Alloys and Compounds. - 2000. - v.300- 301. - p.310 - 315.
27. Ranon U. Paramagnetic Resonance of Nd3+, Dy3+, Er3+ and Yb3+ in YVO4 // Physics Letters. - 1968. - vol. 28A. - p 228 - 229.
28. Karyanis N. Analysis of the ground term energy levels for triply ionized neodymium in yttrium orthovanadate / N. Karyanis, C.A. Morrison, D.E. Wortman // J. Chem. Phys. - 1975. - Vol. 10. - p. 4125 - 4129.
29. Zundu L. Crystal-field analysis of the energy levels and spectroscopic characteristics of Nd3+ in YVO4 / L. Zundu, H. Yidong // J. Phys.: Condens. Matter. - 1994. - vol. 6. - p.3737-3748.
30. Абрагам А. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов /
A. Абрагам, Б. Блини. — 1972-1973. — т.2 - C21-27,324-327,351-352.
31. Guillot-Noel O. Optical spectra and crystal-field calculations of Nd3+ doped Zircon-type YMO4 laser hosts (M = V, P, As) / O. Guillot-Noel, A. Kahn-Harari,
B. Viana, D. Vivien, E. Antic-Fidancev, P. Porcher // J. Phys.: Condens. Matter. - 1998. - vol. 10. - p.6491-6503.

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.