Memoire Online - Etude des bits quantiques de spin des ions Co2+ dans le ZnO par résonance paramagnétique électronique continue et impulsionnelle

Pour les matériaux paramagnétiques, les moments de spins sont de directions quelconques et leur moyenne étant nul .sous l'application d'un champ magnétique B0 , les moments s'alignent selon la direction(parallèle et antiparallèle) de ce dernier et l'aimantation sera la moyenne sur tous les moments magnétiques .

Par l'application d'un champ radiofréquence B1(t), l'aimantation est déplacée de sa position d'équilibre et elle y retourne selon un mouvement complexe. On peut décomposer celui-ci en relaxation longitudinale qui concerne le retour de la composante M_z vers M0 et une autre transversale concernant le retour de _Mx,y a 0

II.1.Mécanismes de relaxation

II.1.1.La relaxation longitudinale (relaxation spin-réseau):

Cette relaxation se fait par un transfert de l'énergie absorbée par les spins vers le réseau et permet du coup de rétablir l'équilibre de l'aimantation M soit vers (-OZ).

II.2.2.La relaxation transversale (relaxation spin-spin):

Cette relaxation se fait par les échanges d'énergie au sein d'un système de spins entre spins voisins sans qu'il y ait variation de l'énergie totale et correspond au retour des spins à l'équilibre après saturation.

II.3.iNtRODUCtiON A LA CONCEPtiON DES BitS QUANtiQUES.

II.3.1.Historique :

Le prix Nobel de physique en 1965, RICHARD FEYNMAN, imagina la possibilité de fabriquer un ordinateur quantique. Au lieu de manipuler des bits d'informations, ces ordinateurs mettent a profit le principe de superposition des états de la théorie quantique.

Depuis l'invention du premier circuit intégré en 1958 , l'intégration des composants électroniques n'a cessée d'être amélioré au point que nous parvenons aujourd'hui a faire fonctionner des centaines de milliers de composants dans une puce mesurant a peine 1cm² ; a cette échelle , la difficulté de fabrication devient digne d'une mission impossible au moment où les circuits mesurent une fraction de micron !!

Les différents composants au cours de leur fonctionnement dissipent de la chaleur ce qui réduit leur durée de vie.

La différence d'un ordinateur quantique avec un ordinateur classique telle qu'il imagina David Deutsch (physicien anglais spécialisé dans l'informatique quantique) en 1958 est que ce dernier serait capable de modéliser n'importe quel processus physique.

II.4.Qu'est ce qu'un bit quantique(Qubit) ?

Un bit quantique (Qubit : en abrégé) est l'unité élémentaire de stockage de l'information dans un ordinateur quantique..et peut être décrit comme étant un système quantique a deux états « 0 » & «1 » (spin électronique S=1/2, polarisation d'un photon...etc.).

Au contraire de son analogue classique, un bit quantique peut se trouver dans n'importe quelle

superposition des deux états qui peut être mathématiquement décrite :	=a	+b		.où : a , b sont
complexes et liés a la probabilité de trouver le système quantique dans les états			et		respectivement et

|1 and |0 peuvent être représentés par deux états comme « on »& « off », polarisation horizontale et verticale d'un photon,...etc.

Exemple illustrant l'avantage de l'ordinateur quantique par rapport à son analogue

L'ordinateur quantique tire son avantage des lois de la mécanique quantique pour effectuer les différentes opérations d'une manière parallèle dans des entités physiques qui sont les bits quantiques.[11]

Avec 4 bits, un ordinateur classique peut traiter un état parmi 2⁴ soit 16 états différents : 0000, 0001, 0010, 0011, etc. Dans notre exemple, l'avantage de l'ordinateur quantique est de pouvoir traiter simultanément les 16 états.

II.5.INTRODUCTION A LA RéSONANCE PARAMAGNéTIQUE éLECTRONIQUE PULSéE. La résonance paramagnétique électronique pulsée est un puissant moyen utilisé pour déterminer la dynamique des espèces paramagnétiques. [5]

Alors que la RPE en onde continue considère un état stationnaire d'interaction entre le rayonnement électromagnétique et le système de spins. [1]

Si a présent on quitte le régime stationnaire, on ouvre une fenêtre vers la RPE en onde pulsée dans laquelle on s'intéressera à la grandeur qui va évoluer dans le temps et a laquelle l'appareillage devrait être sensible : l'AIMANTATION M.

On définit l'aimantation comme étant le moment magnétique par unité de volume :[6]

L'évolution de l'aimantation M au cours du temps est donnée par les équations de Bloch :

contrairement a la RPE continue ou le champ micro-ondes B1 est stationnaire, en RPE pulsée, le champ B1 et appliqué selon des séquences d'impulsions de durée t _p , l'aimantation va basculer d'un angle f3 tel que :[1]

Nous allons présenter maintenant les différentes séquences utilisées dans ce travail.