Titre : |
Etude de l’effet de l’anisotropie magnétique sur la phase dynamique et sur la phase géométrique des bits quantiques de spins électroniques d’ions de métaux de transition Mn2+,Co2+,Fe3+isolés et des complexes d’ions Fe3+dans l’oxyde de zinc monocristallin |
Type de document : |
texte imprimé |
Auteurs : |
BENZID, Khalif ; Philippe Turek, Directeur de thèse |
Editeur : |
Setif:UFA |
Année de publication : |
2016 |
Importance : |
1 vol. (140 f.) |
Format : |
29 cm |
Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
Mots-clés : |
bits quantique,
Anisotropie magnétique (éclatement en champ nul)
Phase dynamique
Phase géométrique
Spin électronique
Métaux de transition
Résonance paramagnétique électronique (RPE) |
Résumé : |
Le traitement quantique de l'information est étudié depuis de nombreuses années sur des systèmes physiques très variés, tels que des ions piégés, des spins électroniques ou nucléaires dans des solides ou encore des composants électroniques supraconducteurs. Un des obstacles majeurs à la réalisation pratique d'un ordinateur quantique est la modification incontrôlée des phases quantiques, dynamiques ou géométriques, encodant l'information, résultant des fluctuations aléatoires de l'environnement des qubits. Dans cette thèse, nous avons étudié la cohérence quantique et les processus de décohérence des spins électroniques des ions de transition Mn2+, Co2+, Fe3+, ainsi que des complexes Fe3+/Cs+, et Fe3+/Na+,identifiés pour la première fois ici , tous présents dans le ZnO hydrothermal monocristallin en tant qu'impuretés résiduelles. Nous avons trouvé que l’anisotropie magnétique peut altérer la cohérence de la phase dynamique des qubits des spins électroniques. En effet, nous avons mesuré une faible décohérence pour les spins d’ions Mn2+et Fe3+ dans ZnO, qui ont tous deux une faible anisotropie magnétique uniaxiale, tandis que dans le cas des ions Co2+ isolés, qui ont une très forte anisotropie magnétique uniaxiale, une décohérence extrêmement rapide a été mise en évidence. Nous avons trouvé également que les spins électroniques des complexes de type Fe3+/Cs+, ayant un tenseur d’anisotropie magnétique bien plus complexe que la simple anisotropie uniaxiale des ions Fe3+ isolés du ZnO, possèdent presque le même temps de décohérence que ces derniers isolés. Par ailleurs, dans une étude théorique par la méthode des perturbations, nous avons pu investiguer l’effet de l’anisotropie magnétique sur la phase géométrique des qubits de spins. Nous avons trouvé que la phase géométrique totale contient un terme supplémentaire dû à l’anisotropie magnétique et que ce dernier existe dans tout système ayant un spin S>1/2. Il restera donc à déterminer si ce terme supplémentaire est un atout ou un inconvénient lorsque l'on souhaite encoder l'information quantique sur la phase géométrique de spins électroniques S>1/2. |
Note de contenu : |
SOMMAIRE
Résumé
Liste des figures
Introduction générale ....................................................................................................... 1
CHAPITRE I : Initiation à la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique.
I.I. Introduction.................................................................................................... 9
I.II. Paramagnétisme et résonance magnétique .................................................. 10
I.II.1. Paramagnétisme et équilibre thermodynamique .......................................... 10
I.II.2. Approche simplifiée de la Résonance Paramagnétique Electronique ......... 12
I.III. Résonance paramagnétique électronique impulsionnelle ............................ 16
I.III.1. Echo de spin ................................................................................................. 16
I.III.2. Temps de relaxation transverse ................................................................... 18
I.III.3. Temps de relaxation longitudinale............................................................... 19
I.III.4. Expérience de nutation ................................................................................ 20
I.III.5. Echo de Spin Electronique Modulé par une Enveloppe .............................. 21
I.IV. Dispositif expérimental de résonance paramagnétique électronique........... 24
I.IV.1. Pont micro-onde........................................................................................... 25
I.IV.2. Cavité résonante........................................................................................... 27
I.IV.3. La détection modulée du signal de RPE continue ....................................... 29
I.IV.4. Guide d’onde ............................................................................................... 31
I.IV.5. Electro-aimant.............................................................................................. 31
CHAPITRE II: Etude de l’effet de l’anisotropie magnétique sur la cohérence des qubits de spins électroniques d’ions de transition Mn2+ et Co2+ dans le ZnO monocristallin.
II.I. Introduction.................................................................................................. 33
II.II. Généralités sur l’information quantique ...................................................... 35
II.II.1. Information classique................................................................................... 35
II.II.2. Information quantique ................................................................................. 35
II.II.3. Puissance de calcul ...................................................................................... 36
II.III. Portes logiques ............................................................................................. 37
II.III.1. Porte logique classique ................................................................................ 37
II.III.2. Porte logique quantique ............................................................................... 37
II.IV. Généralités sur la décohérence des qubits ................................................... 39
II.IV.1. La relaxation longitudinale .......................................................................... 39
II.IV.1.1. Processus direct ........................................................................................... 40
II.IV.1.2. Processus de Raman .................................................................................... 40
II.IV.1.3. Processus d’Orbach ..................................................................................... 41
II.IV.2. La relaxation transverse ............................................................................... 42
II.V. Qubits de métaux de transition dans ZnO.................................................... 45
II.VI. Spécification de l’expérience ....................................................................... 46
II.VII. Résultats expérimentaux .............................................................................. 49
II.VII.1. Hamiltonien de spin des ions Mn2+ et Co2+ dans le ZnO............................. 49
II.VII.2. Processus de Décohérence ........................................................................... 54
II.VII.2.1. Relaxation des spins des ions Mn2+ et Co2+ dans ZnO ................................ 55
II.VII.2.2. Décohérence par processus spin-réseau des spins de Mn2+ et Co2+ ............ 57
II.VII.2.3. Oscillation de Rabi des spins d’ions Mn2+ et Co2+ ...................................... 60
II.VII.2.4. Estimation du couplage dipolaire moyen entre spins d'ions Mn2+ .............. 64
II.VIII. Perspectives ................................................................................................. 66
II.IX. Conclusion ................................................................................................... 68
CHAPITRE III: Etude de l’effet de l’anisotropie magnétique sur la cohérence des qubits de spins électroniques des complexes d'ions Fe3+ et des ions Fe3+ isolés dans ZnO monocristallin.
III.I. Introduction.................................................................................................. 70
III.II. Spécification de l’expérience ....................................................................... 72
III.III. Résultats et discussions ............................................................................... 73
III.III.1. Hamiltonien des spins des complexes de Fe3+ dans le ZnO ........................ 73
III.III.2. Identification des complexes de Fer par spectroscopie ESEEM ................. 81
III.III.3. Processus de Décohérence du complexe de Fe3+/Cs+ dans le ZnO ............. 90
III.III.4. Identification des ions de Fe3+ isolés dans le ZnO ...................................... 92
III.III.5. Processus de décohérence des spins des ions Fe3+ isolés dans le ZnO ........ 96
III.III.6. Oscillation de Rabi des spins d’ions Fe3+ dans le ZnO ................................ 98
III.III.7. Estimation du couplage dipolaire moyen entre spins d'ions Fe3+ .............. 100
III.IV. Conclusion ................................................................................................. 103
CHAPITRE IV: Etude théorique de l’effet de l’anisotropie magnétique du type ZFS sur la phase géométrique pour un système ayant un spin S>1/2 et application aux ions de transition Mn2+ et Fe3+ dans ZnO monocristallin.
IV.I. Introduction................................................................................................ 106
IV.II. La phase géométrique de Berry ................................................................. 107
IV.III. La phase de Berry à l’épreuve de l’expérience .......................................... 110
IV.III.1. La phase de Berry d’un faisceau de neutrons en rotation .......................... 111
IV.III.2. La phase de Berry des spins nucléaires en RMN ...................................... 113
IV.IV. Calcul de la phase géométrique pour un spin S>1/2 ................................. 115
IV.V. Discussion .................................................................................................. 120
IV.V.1. La phase géométrique à une vitesse de rotation fixée ............................... 124
IV.V.2. La phase géométrique à une orientation fixée ........................................... 125
IV.VI. La phase géométrique à l’épreuve de la RPE ............................................ 127
IV.VII. Conclusion ................................................................................................. 131
Conclusion Générale ....................................................................................................... 132
Annexes ................................................................................................................... 135
Bibliographie ................................................................................................................... 140 |
Côte titre : |
DPH/0186 |
En ligne : |
https://drive.google.com/file/d/1j246B085bwLGkgZxTCt9w1aEhBWbMZNK/view?usp=shari [...] |
Format de la ressource électronique : |
pdf |
Etude de l’effet de l’anisotropie magnétique sur la phase dynamique et sur la phase géométrique des bits quantiques de spins électroniques d’ions de métaux de transition Mn2+,Co2+,Fe3+isolés et des complexes d’ions Fe3+dans l’oxyde de zinc monocristallin [texte imprimé] / BENZID, Khalif ; Philippe Turek, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2016 . - 1 vol. (140 f.) ; 29 cm.
Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
Mots-clés : |
bits quantique,
Anisotropie magnétique (éclatement en champ nul)
Phase dynamique
Phase géométrique
Spin électronique
Métaux de transition
Résonance paramagnétique électronique (RPE) |
Résumé : |
Le traitement quantique de l'information est étudié depuis de nombreuses années sur des systèmes physiques très variés, tels que des ions piégés, des spins électroniques ou nucléaires dans des solides ou encore des composants électroniques supraconducteurs. Un des obstacles majeurs à la réalisation pratique d'un ordinateur quantique est la modification incontrôlée des phases quantiques, dynamiques ou géométriques, encodant l'information, résultant des fluctuations aléatoires de l'environnement des qubits. Dans cette thèse, nous avons étudié la cohérence quantique et les processus de décohérence des spins électroniques des ions de transition Mn2+, Co2+, Fe3+, ainsi que des complexes Fe3+/Cs+, et Fe3+/Na+,identifiés pour la première fois ici , tous présents dans le ZnO hydrothermal monocristallin en tant qu'impuretés résiduelles. Nous avons trouvé que l’anisotropie magnétique peut altérer la cohérence de la phase dynamique des qubits des spins électroniques. En effet, nous avons mesuré une faible décohérence pour les spins d’ions Mn2+et Fe3+ dans ZnO, qui ont tous deux une faible anisotropie magnétique uniaxiale, tandis que dans le cas des ions Co2+ isolés, qui ont une très forte anisotropie magnétique uniaxiale, une décohérence extrêmement rapide a été mise en évidence. Nous avons trouvé également que les spins électroniques des complexes de type Fe3+/Cs+, ayant un tenseur d’anisotropie magnétique bien plus complexe que la simple anisotropie uniaxiale des ions Fe3+ isolés du ZnO, possèdent presque le même temps de décohérence que ces derniers isolés. Par ailleurs, dans une étude théorique par la méthode des perturbations, nous avons pu investiguer l’effet de l’anisotropie magnétique sur la phase géométrique des qubits de spins. Nous avons trouvé que la phase géométrique totale contient un terme supplémentaire dû à l’anisotropie magnétique et que ce dernier existe dans tout système ayant un spin S>1/2. Il restera donc à déterminer si ce terme supplémentaire est un atout ou un inconvénient lorsque l'on souhaite encoder l'information quantique sur la phase géométrique de spins électroniques S>1/2. |
Note de contenu : |
SOMMAIRE
Résumé
Liste des figures
Introduction générale ....................................................................................................... 1
CHAPITRE I : Initiation à la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique.
I.I. Introduction.................................................................................................... 9
I.II. Paramagnétisme et résonance magnétique .................................................. 10
I.II.1. Paramagnétisme et équilibre thermodynamique .......................................... 10
I.II.2. Approche simplifiée de la Résonance Paramagnétique Electronique ......... 12
I.III. Résonance paramagnétique électronique impulsionnelle ............................ 16
I.III.1. Echo de spin ................................................................................................. 16
I.III.2. Temps de relaxation transverse ................................................................... 18
I.III.3. Temps de relaxation longitudinale............................................................... 19
I.III.4. Expérience de nutation ................................................................................ 20
I.III.5. Echo de Spin Electronique Modulé par une Enveloppe .............................. 21
I.IV. Dispositif expérimental de résonance paramagnétique électronique........... 24
I.IV.1. Pont micro-onde........................................................................................... 25
I.IV.2. Cavité résonante........................................................................................... 27
I.IV.3. La détection modulée du signal de RPE continue ....................................... 29
I.IV.4. Guide d’onde ............................................................................................... 31
I.IV.5. Electro-aimant.............................................................................................. 31
CHAPITRE II: Etude de l’effet de l’anisotropie magnétique sur la cohérence des qubits de spins électroniques d’ions de transition Mn2+ et Co2+ dans le ZnO monocristallin.
II.I. Introduction.................................................................................................. 33
II.II. Généralités sur l’information quantique ...................................................... 35
II.II.1. Information classique................................................................................... 35
II.II.2. Information quantique ................................................................................. 35
II.II.3. Puissance de calcul ...................................................................................... 36
II.III. Portes logiques ............................................................................................. 37
II.III.1. Porte logique classique ................................................................................ 37
II.III.2. Porte logique quantique ............................................................................... 37
II.IV. Généralités sur la décohérence des qubits ................................................... 39
II.IV.1. La relaxation longitudinale .......................................................................... 39
II.IV.1.1. Processus direct ........................................................................................... 40
II.IV.1.2. Processus de Raman .................................................................................... 40
II.IV.1.3. Processus d’Orbach ..................................................................................... 41
II.IV.2. La relaxation transverse ............................................................................... 42
II.V. Qubits de métaux de transition dans ZnO.................................................... 45
II.VI. Spécification de l’expérience ....................................................................... 46
II.VII. Résultats expérimentaux .............................................................................. 49
II.VII.1. Hamiltonien de spin des ions Mn2+ et Co2+ dans le ZnO............................. 49
II.VII.2. Processus de Décohérence ........................................................................... 54
II.VII.2.1. Relaxation des spins des ions Mn2+ et Co2+ dans ZnO ................................ 55
II.VII.2.2. Décohérence par processus spin-réseau des spins de Mn2+ et Co2+ ............ 57
II.VII.2.3. Oscillation de Rabi des spins d’ions Mn2+ et Co2+ ...................................... 60
II.VII.2.4. Estimation du couplage dipolaire moyen entre spins d'ions Mn2+ .............. 64
II.VIII. Perspectives ................................................................................................. 66
II.IX. Conclusion ................................................................................................... 68
CHAPITRE III: Etude de l’effet de l’anisotropie magnétique sur la cohérence des qubits de spins électroniques des complexes d'ions Fe3+ et des ions Fe3+ isolés dans ZnO monocristallin.
III.I. Introduction.................................................................................................. 70
III.II. Spécification de l’expérience ....................................................................... 72
III.III. Résultats et discussions ............................................................................... 73
III.III.1. Hamiltonien des spins des complexes de Fe3+ dans le ZnO ........................ 73
III.III.2. Identification des complexes de Fer par spectroscopie ESEEM ................. 81
III.III.3. Processus de Décohérence du complexe de Fe3+/Cs+ dans le ZnO ............. 90
III.III.4. Identification des ions de Fe3+ isolés dans le ZnO ...................................... 92
III.III.5. Processus de décohérence des spins des ions Fe3+ isolés dans le ZnO ........ 96
III.III.6. Oscillation de Rabi des spins d’ions Fe3+ dans le ZnO ................................ 98
III.III.7. Estimation du couplage dipolaire moyen entre spins d'ions Fe3+ .............. 100
III.IV. Conclusion ................................................................................................. 103
CHAPITRE IV: Etude théorique de l’effet de l’anisotropie magnétique du type ZFS sur la phase géométrique pour un système ayant un spin S>1/2 et application aux ions de transition Mn2+ et Fe3+ dans ZnO monocristallin.
IV.I. Introduction................................................................................................ 106
IV.II. La phase géométrique de Berry ................................................................. 107
IV.III. La phase de Berry à l’épreuve de l’expérience .......................................... 110
IV.III.1. La phase de Berry d’un faisceau de neutrons en rotation .......................... 111
IV.III.2. La phase de Berry des spins nucléaires en RMN ...................................... 113
IV.IV. Calcul de la phase géométrique pour un spin S>1/2 ................................. 115
IV.V. Discussion .................................................................................................. 120
IV.V.1. La phase géométrique à une vitesse de rotation fixée ............................... 124
IV.V.2. La phase géométrique à une orientation fixée ........................................... 125
IV.VI. La phase géométrique à l’épreuve de la RPE ............................................ 127
IV.VII. Conclusion ................................................................................................. 131
Conclusion Générale ....................................................................................................... 132
Annexes ................................................................................................................... 135
Bibliographie ................................................................................................................... 140 |
Côte titre : |
DPH/0186 |
En ligne : |
https://drive.google.com/file/d/1j246B085bwLGkgZxTCt9w1aEhBWbMZNK/view?usp=shari [...] |
Format de la ressource électronique : |
pdf |
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