Decoherence and entanglement in single molecule magnets
Tek molekül mıknatıslarda eşevresizlik ve dolaşıklık
- Tez No: 215840
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET ZAFER GEDİK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Tek molekül mıknatıslar kuantum ve klasik özellikler gösteren yeni mezoskopik malzemelerdir. Bu sistemlerdeki eşevresizlik ve dolaşıklık mekanizmalarını açıklayabilmek kuantum bilgi teknolojilerindeki uygulamalar için çok önemlidir. Bu tezde tek molekül dimeri [Mn4]2'deki mıknatıslanmanın kuantum tünellemesi çalışıldı.Mevcut kuramların değiştirilmesini gerektiren son deneylerden hareketle fonon yardımlı spin banyosu eşevresizlik modeli önerildi.Tezin ilk kısmında [Mn4]2 dimerinin mıknatıslanması dış manyetik alan altında incelendi. Schrödinger denkleminin tam çözümü ve Landau-Zener-Stückelberg kuramı uygulanarak kuantum tünellemesinde bulunan alternatif dolaşık spin halleri belirlendi.Ardından tek molekül mıknatıs (merkezi spin) ve spin banyosunun fononlar yardımıyla etkileştiği eşevresizlik modeli sunuldu. Fononlar eşevreli halde veya ısıl dağılımda varsayıldı. Kısa zamanlarda, eşevreli haller ve düşük sıcaklık ısıl dağılımları alındığında eşevresizlik çarpanının Gauss türünde ve fonon frekanslarından bağımsız azaldığı gözlendi. Eşevreli durumda, fonon enerjileri spin-fonon etkileşmesinden çok büyük olduğunda veya banyo spinleri tamamen kutuplaştığında, eşevresizlik zamanının başlangıç fonon hallerinden bağımsız olduğu tespit edildi. Isıl hallerde artan sıcaklıkla beraber fononların eşevresizlikteki etkisinin de daha önemli lduğu görüldü. Spin banyosunun eşevresizliğe katkısının sıcaklıkla değişimi tartışıldı. Sonrasında dolaşık çevrenin eşevresizliğe etkisi incelendi. Dolaşık çevrenin merkezi spinin eşevresizliğini azalttığı gözlendi. Ayrıca iki parçalı merkezi spin sisteminin eşevresizliği çalışıldı. Ortak ve ayrı spin banyolarında Bell hallerinin sınıflandırılması incelendi.Tezin son kısmında dolaşık kutritlerde (üç seviyeli kuantum sistemleri) evre kaybı klasik gürültü ve kuantum eşevresizliği altında analiz edildi. Yoğunluk matrisi yönteminin iki durum için de denk sonuçlar verdiği gösterildi. Ortak ve ayrı spin banyolarında kırılgan ve dayanıklı Bell benzeri kutrit halleri belirlendi. Horodecki'nin bağlı dolaşık durumlarının ortak banyoda eşevresizliğe daha dayanıklı olduğu gösterildi.
Özet (Çeviri)
Single molecule magnets are novel mesoscopic materials exhibiting both classical and quantum properties. Revealing the decoherence and entanglement mechanisms in these systems is crucial for the applications in quantum information technologies. In this thesis, quantum tunneling of magnetization is studied in single molecule magnet dimer [Mn4]2. Motivated by the recent experiments demanding the modification of the current theories, phonon mediated spin bath decoherence model is proposed.In the first part of the thesis, the magnetization of the [Mn4]2 dimer under external magnetic field is investigated. Alternative entangled spin states involved in quantum tunnelings are identified by means of the exact solution of the Schrödinger equation and the Landau-Zener-Stückelberg method.Later, a decoherence model is introduced in which the interaction between the single molecule magnet (central spin) and spin bath is mediated by phonons in a coherent state or thermal distribution. It is observed that the decoherence factor decays in a Gaussian fashion and it becomes independent of the phonon frequencies at short times for coherent states and low temperature thermal distribution. In the former case, if the phonon energies are much larger than spin-phonon coupling or bath spins are fully polarized, decoherence time becomes independent of the initial phonon state. For the thermal state case,phonons play more important role in decoherence with increasing temperature. Possible effects of the temperature on spin bath contribution to decoherence is discussed. Then, the effect of entangled environment on decoherence is analyzed. Entanglement within environment is shown to reduce the decoherence of central spin. Also, the entanglement dynamics of the central bipartite spinsystem is studied. Classification of the Bell states is examined for common spin bath, and separate spin baths.Last part of the thesis is the analysis of dephasing in entangled qutrits (three level quantum systems) under the classical noise, and quantum decoherence. Density matrix formalism is shown to give equivalent results for both cases. For common and separate baths, robust and fragile Bell-like qutrit states were determined, and Horodecki's bound entangled state is shown to be more robust to decoherence in the latter case.
Benzer Tezler
- Quantum aspects of molecular correlations in biological catalysis
Biyolojik katalizde moleküler ilintilerin kuantum doğası
ONUR PUSULUK
Doktora
İngilizce
2018
Biyofizikİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEREM CANKOÇAK
PROF. DR. CEMSİNAN DELİDUMAN
- Quantum correlations under open quantum systems and quantum phase transitions
Açık kuantum sistemlerinde ve kuantum faz geçişlerinde kuantum korelasyonları
FERDİ ALTINTAŞ
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiAtom ve Molekül Fiziği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RESUL ERYİĞİT
- Kuantum dekoherans ve dolanıklık
Quantum decoherence and entanglement
Onur Atilla Aslan
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiEge ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DOĞAN DEMİRHAN
- Decoherence effects in quantum random walks
Kuantum rasgele yürüyüşte eş-evresizlik etkileri
ARASH SALIMI KIA
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YİĞİT GÜNDÜÇ
- Kuantum dolaşıklık ve eşevresizlik
Quantum entanglement and decoherence
BUĞRA YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YİĞİT GÜNDÜÇ