Rabi oscillations of solitons in spin-chains: a new route to quantum computation and communication

We provide the first evidence for coherence and Rabi oscillations of spin-solitons pinned by the local breaking of translational symmetry in isotropic Heisenberg chains (simple antiferromagnetic-N\'{e}el or spin-Peierls).We show that these correlated spin systems made of hundreds of coupled spin bear an overall spin S=1/2 and can be manipulated as a single spin. This is clearly contrary to all known spin-qubits which are paramagnetic centres, highly diluted to prevent decoherence. These results offer an alternative approach for spin-qubits paving the way for the implementation of a new type of quantum computer

Electron spin resonance in the SS=1/2 quasi-one-dimensional antiferromagnet with Dzyaloshinskii-Moriya interaction BaCu2_2Ge2_2O7_7

We have investigated the electron spin resonance (ESR) on single crystals of BaCu$_2$Ge$_2$O$_7$ at temperatures between 300 and 2 K and in a large frequency band, 9.6 -134 GHz, in order to test the predictions of a recent theory, proposed by Oshikawa and Affleck (OA), which describes the ESR in a $S$=1/2 Heisenberg chain with the Dzyaloshinskii-Moriya interaction. We find, in particular, that the ESR linewidth, $\Delta H$, displays a rich temperature behavior. As the temperature decreases from $T_{max}/2\approx$ 170 K to 50 K, $\Delta H$ shows a rapid and linear decrease, $\Delta H \sim T$. At low temperatures, below 50 K, $\Delta H$ acquires a strong dependence on the magnetic field orientation and for $H \| c$ it shows a $(h/T)^2$ behavior which is due to an induced staggered field $h$, according to OA's prediction

Quantum Coherence of Strongly Correlated Defects in Spin Chains

AbstractMost of qubit systems known to date are isolated paramagnetic centres in magnetically diluted samples since their dilution allows to considerably weaken the dipole-dipole inter-qubit interaction and thus to prevent the decoherence. Here we suggest an alternative approach for spin qubits which are built on spin S = 1/2 defects in magnetically concentrated strongly correlated systems - spin chains. The corresponding qubits are made of spin solitons resulting from local breaking of transitional symmetry associated with point-defects. We provide the first evidence for coherence and Rabi oscillations of spin solitons in isotropic Heisenberg chains, simple antiferromagnetic-Ńeel or spin-Peierls, proving that they can be manipulated as single spin S = 1/2. The entanglement of these many-body soliton states over macroscopic distances along chains gives rise to networks of coupled qubits which could easily be decoupled at will in extensions of this work

Magnetic Resonance in Layer Compounds with Regulated Three-Dimensional Correlations

Available from VNTIC / VNTIC - Scientific & Technical Information Centre of RussiaSIGLERURussian Federatio

Théorie de la résonance paramagnétique électronique des matériaux magnétiques de basse dimension. L'interaction de Dzyaloshinsky-Moriya

La Résonance Paramagnétique Electronique (RPE) est une technique spectroscopique puissante pour étudier les propriétés magnétiques des matériaux. Actuellement, il n'existe pas de théorie satisfaisante de la RPE applicable aux oxydes des métaux de transition, antiferromagnétiques, de basse dimension et de faible valeur de spin (S-l/2), couramment étudiés. Dans le cadre du formalisme de Mori, nous tentons ici d'en donner une formulation rigoureuse. Le modèle magnétique utilisé est basé sur des interactions à deux spins isotropes (interaction principale), et anisotropes symétrique (de type dipôle dipôle), et antisymétrique alternée (de type Dzyaloshinsky-Moriya). Le signal RPE représente la puissance absorbée par le matériau sous l'effet d'un champ magnétique micro-onde. Nous calculons cette grandeur, et obtenons une formule perturbative dans l'anisotropie décrivant la raie d'absorption à température finie. La position de la raie résulte de trois contributions : la première est due à l'anisotropie des susceptibilités magnétiques statiques, la deuxième à la dynamique des spins, et la dernière à l'allure asymétrique de la raie...AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

Anisotropie magnétique des semi-conducteurs II-VI dopés au manganèse

Cette thèse est une étude théorique de l'anisotropie magnétique, ionique et d'échange, des Semi-conducteurs Magnétiques Dilués (DMS), des matériaux pour l'électronique de spin. Nous avons passé en revue les différentes approches, numériques et perturbatives, utilisées par le passé dans le calcul de l'anisotropie ionique des ion S de transition (Cr+, Mn2+, Fe3+) puis avons mis au point un modèle microscopique réaliste d'ion S dans un semi-conducteur II-VI, prenant en compte les interactions électrostatiques avec l'ensemble du cristal, l'hybridation des électrons 3d de l'ion S avec ceux des anions premiers voisins, l'interaction spin-orbite et la répulsion coulombienne dans la couche 3d|. Un hamiltonien réaliste pour les impuretés magnétiques Mn2+ a ainsi été établi et ses valeurs propres ont été calculées exactement par un code numérique en Fortran 95 et de manière approchée par théorie des perturbations à l'ordre 4. Nous avons ensuite appliqué notre modèle au cas des trois DMS II-VI dopés au manganèse de structure wurtzite, ZnO :Mn, CdS :Mn et CdSe :Mn. Nos résultats sont en bon accord avec les mesures RPE d'anisotropie ionique et une corrélation hybridation/déformation est suggérée. Nous nous sommes ensuite intéressés au superéchange antiferromagnétique entre ions magnétiques dans les isolants magnétiques. Un calcul perturbatifs à l'ordre 4 a permis de calculer les constantes de superéchange d'une paire d'ions Mn2+ dans les DMS II-VI. Les résultats sont en bon accord avec les mesures de marches d'aimantation et de diffusion inélastique de neutrons. Nous avons pu expliquer l'observation de deux constantes d'échange premiers voisins dans les DMS wurtzite par un processus d'échange bouclé ferromagnétique présent uniquement pour les paires hors du plan hexagonal. Nou avons ainsi précisé la règle de Goodenough-Kanamori pour les ions 3d5.AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

Propriétés magnétiques et de résonance du Zn1-xCoxO : un matériau candidat pour l électronique de spin

Pour permettre de nouveaux développements de la Spintronique, il est nécessaire aujourd hui d'élaborer un semiconducteur ferromagnétique à la température ambiante. L'oxyde de Zinc dopé par le Cobalt est à l'heure actuelle un candidat très prometteur, mais ses propriétés magnétiques restent toujours très discutées. Dans ce mémoire de thèse, nous présentons une étude de films minces de ZnO:Co (épitaxiés par jets moléculaires) se basant sur la Résonance Paramagnétique Electronique et la magnétométrie à SQUID. Cette étude, réalisée au sein du laboratoire L2MP et en collaboration avec le laboratoire CRHEA, a permis d'apporter de nouvelles informations sur les propriétés magnétiques et de résonance intrinsèques du ZnO:Co. Une anisotropie magnétique de type plan facile et des interactions d'échange antiferromagnétiques entre les ions Co2+ premiers voisins dans ZnO ont notamment été identifiées. De plus, le mécanisme à l origine de l élargissement des raies RPE du ZnO :Co a pu être déterminé.AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

Résonance paramagnétique électronique de BaCu2Ge2O7 : matériau modèle pour l'étude des chaînes de spins quantiques avec interaction Dzyaloshinskii-Moriya

Le BaCu2Ge207 est le meilleur composé à chaînes de spins S=l/2 AFM possédant l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DM) avec un échange J=540K et TN=8.5K. Nous avons effectué des mesures de résonance antiferromagnétique (RAFM) multifréquences ce qui a permis de mettre en évidence la présence de deux sources de champ alterné induit (hST) : l'interaction DM et le tenseur g. Nous avons également pu mesurer directement l'amplitude de l'interaction DM. Des mesures de RPE en bande X nous ont montré un comportement linéaire en T de [Delta]H(T), une inversion relative de [Delta]H(T) des axes principaux à basse température et l'absence de phénomène critique de la raie RPE à l'approche de TN. La différence observée entre [Khi]RPE et [Khi]Static laisse présager un second mode RPE non observé. Des mesures de RPE à plus haute fréquence ont montré qu'en absence de hST [Delta]H(T) est indépendant de H et qu'en présence de hST, [Delta]H(T) diverge en (hST/T) ce qui est en accord avec la récente théorie d'Oshikawa-Affleck.AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

EPR Characterization of Co-Doped ZnO Microwires and Distant Spin-Pair Coupling

International audienceCobalt-doped ZnO microwires have been grown by the optical furnace method with Co concentration in the range 0\textendash5%. The high crystallinity of these objects is demonstrated by the use of electron paramagnetic resonance (EPR), in which Co 2+ ions serve as magnetic probes. The spin state of these isolated magnetic impurities and their location in the host crystal are addressed by EPR, as well as the coupling constant between non-nearest Co 2+ –Co 2+ neighbors. Eight of these distant spin pairs are detected, among which two are confirmed to be ferromagnetic. The problem of their localization in the wurtzite structure is discussed