Определение параметров спинового гамильтониана и кристаллического поля для ионов 143Nd3+ допированных в Y228SiO5

Список использованных сокращений 3
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 ЭПР и обобщенный спиновый гамильтониан 7
1.1 Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) 7
1.2 Обобщенный спиновый гамильтониан 7
Глава 2 Исследуемый образец, его структура и техника эксперимента 10
2.2 Техника эксперимента 13
Глава 3 Экспериментальные данные: спектры ЭПР, их обработка, проведение вычислений 14
3.1 Спектры ЭПР кристалла Y228SiO5: 143Nd3+ (0.001%) 14
3.2 Спиновый гамильтониан и параметры: g-тензор и A-тензор 19
3.3 Расчёт параметров кристаллического поля 26
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 34

Купить

В современной физике одним из передовых направлений научных изысканий является разработка и создание квантового компьютера. Под этим подразумевается поиск как теоретических решений существующих проблем, так и практических методов реализации этих устройств. Поскольку квантовый компьютер - это вычислительное устройство, оперирующее данными, то для его работы необходимо наличие квантовой памяти, которая будет обрабатывать, хранить и передавать информацию. Для создания высокоэффективных модулей квантовой памяти необходимо исследовать множество материалов. Примером таких материалов могут служить диэлектрические кристаллы, допированные редкоземельными ионами. Выбор этих материалов обусловлен тем, что их свойства, такие как большая оптическая плотность, большие времена фазовой релаксации и наличие долгоживущих сверхтонких состояний, играют важную роль в создании высокоэффективной квантовой памяти [1,2].
Предложение использовать твердотельные спиновые ансамбли как микроволновую квантовую память во многом вдохновлены результатами по использованию примесей в кристаллах для оптической квантовой памяти [3,
4] , где оптические возмущения хранятся на ядерных спинах редких земель [5, 6, 7, 8]. Ожидается очень длительное время хранения, поскольку время когерентности ядерных спинов составляет порядка 6 часов [9]. Хранение квантовой запутанности [10] и квантовой телепортации [11] было обнаружено для Nd3+: Y2SiO5, у которого время когерентности составляет 90 мкс [12, 13].
Возможность объединить оптические и микроволновые методы в одном и том же ансамбле позволила бы получить универсальный квантовый интерфейс, включающий в себя процессы запоминания, обработки и связи, а также суметь перенести микроволновое возмущения на оптический фотон
[14,15]. Однако, время когерентности ядерных спинов на данный момент измерено только для редкоземельных ионов с четным числом электронов на внешней оболочке и нулевым электронным спином [16, 17, 18, 19].
Эксперимент на парамагнитных редкоземельных ионах показал, что время когерентности ядерных спинов больше 0.4 мкс в 167Er3+: YSO в нулевом магнитном поле при температуре 1.5 K [20]. Поскольку время когерентности у сверхпроводящих кубитов может достигать нескольких десятков микросекунд, пока неизвестно будет ли возможна память на ядерных спинах редкоземельных парамагнитных ионов, [21].
В статье [22] представлены результаты изучения кристаллов Y2SiO5, допированных парамагнитными ионами Nd3+, для которых были измерены времена электронной и ядерной спиновой когерентности, равные 100 мкс и
9.2 мс, соответственно. Затем, там же продемонстрировали когерентный переход квантовых состояний между электронными и ядерными спиновыми степенями свободы в ионе Nd3+ и провели томографическое исследование, которое показало, что точность перехода превышает классические представления. Эти данные результаты говорят о возможности создания квантовой памяти на основе кристаллов, допированных ионами редких земель, которая позволит хранить микроволновые фотоны продолжительное время.
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) является одних из самых информативных методов определения параметров спинового гамильтониана и характеристики примесных парамагнитных центров в диэлектрических матрицах.
Цель работы: определить параметры спинового гамильтониана и параметры кристаллического поля для ионов 143Nd3+ допированных в ортосиликат иттрия Y228SiO5.
Задачи:
1) Определения оптимальной температуры и мощности для регистрации спектров ЭПР в образце Y228SiOs:143Nd3+ (0.001%).
2) Измерения спектров ЭПР для Y228SiOs:143Nd3+ (0.001%) в зависимости от угла поворота образца относительно внешнего магнитного поля в двух кристаллографических плоскостях (ab - и bc - плоскостях).
3) Построить зависимости резонансного поля для линий ЭПР от угла поворота образца (угловые зависимости) на основе полученных спектров ЭПР.
4) Описать полученные угловые зависимости, используя теорию эффективного спинового гамильтониана, и получить параметры спинового гамильтониана: g-тензор, А-тензор сверхтонкой структуры.
5) Используя полученные параметры спинового гамильтониана, найти параметры кристаллического поля.
6) Сравнить полученные результаты с другими экспериментами.

Купить