IFEG   20353
INSTITUTO DE FISICA ENRIQUE GAVIOLA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Mecanismos de decoherencia irreversible en sólidos
Autor/es:
DOMÍNGUEZ F.; GONZÁLEZ C.; SEGNORILE H.; ARANEDA B.; SAGASTIZÁBAL R.; ZAMAR R.
Lugar:
Villa Carlos Paz, Córdoba
Reunión:
Congreso; 97ª Reunión Nacional de de Física de la AFA; 2012
Institución organizadora:
AFA
Resumen:
La necesidad de utilizar sistemas cuánticos realistas en aplicaciones como el procesamiento cuántico de la información usando técnicas de Resonancia Magnética Nuclear (RMN), hace indispensable comprender la dinámica coherente de sistemas cuánticos de muchos cuerpos así como la acción del ambiente sobre ella. La decoherencia causada por el inevitable acople del sistema observado con el entorno es responsable del pasaje de un estado coherente inicial a un estado diagonal (en una base preferida).En este trabajo utilizamos técnicas de refocalización en RMN para estudiar los mecanismos que producen pérdida irreversible de las coherencias cuánticas sin intercambio de energía con el ambiente o red en sólidos. En los cristales de sales hidratadas, el sistema de espines nucleares está formado por los pares de protones de las moléculas de agua. Los protones de cada par interactúan fuertemente entre si vía acople dipolar y débilmente con los otros espines de los otros pares de la muestra.Tomamos como hipótesis de partida que la atenuación de las señales coherentes observadas en los experimentos de RMN se debe a varios factores: interferencia cuántica de un sistema de muchas partículas, decoherencia irreversible y no-idealidades de los experimentos. Presentamos experimentos diseñados para aislar cada uno de estos factores y así resaltar la atenuación irreversible de las coherencias cuánticas múltiples. Las secuencias utilizadas revierten la evolución de las distintas coherencias bajo el Hamiltoniano dipolar, compensando así la evolución coherente de un sistema cuántico cerrado. De esta manera se puede estudiar la naturaleza de los procesos responsables de la decoherencia irreversible e identificar sus escalas de tiempo.Estudiamos el tiempo de atenuación irreversible de coherencias en el cristal de gypsum (SO4Ca·2H2O) en función de la temperatura y de la orientación de la muestra respecto del campo magnético externo. El análisis se complementa con el estudio experimental de los tiempos de relajación spin-red T1 en función de la temperatura.Observamos que en todos los experimentos las curvas de reversión tienen forma gaussiana y asignamos el ancho de las mismas al tiempo característico tau_D de la decoherencia. Este parámetro no depende de la temperatura en el mismo rango en que T1 muestra una fuerte dependencia. Por otro lado, la decoherencia ocurre en una escala de tiempo intermedia entre el decaimiento de la señal de RMN y la relajación espín-red. Esta característica indica claramente que la decoherencia no está determinada por los mismos mecanismos (fluctuaciones térmicas) que dominan la relajación spin-red. Además, el tiempo tau_D muestra una dependencia marcada con la orientación del cristal respecto del campo externo, lo que sugiere que la decoherencia está controlada por procesos de eigenselectividad asociados con el carácter many-body del sistema de espines, análogos a los encontrados en cristales líquidos [1]. Para sustentar la interpretación e implicancias de estos resultados, se presenta un análisis minucioso de los efectos de no-idealidad de los experimentos de refocalización de las coherencias.La decoherencia irreversible en RMN de sólidos se describe comúnmente en términos de fluctuaciones térmicas del campo local con densidades espectrales a frecuencia cero y las causas del decaimiento de las señales son introducidas como modelos estocásticos. En contraposición con esto, todos los resultados experimentales de nuestro trabajo indican que los procesos físicos que gobiernan la dinámica irreversible en la escala de tiempos de la decoherencia dependen de la naturaleza cuántica de la interacción entre el sistema de espines interactuantes y el ambiente. Estos procesos son esencialmente diferentes de las fluctuaciones térmicas que dominan la relajación en RMN. Un resultado similar ya fue observado en cristales líquidos [2]. Esto sugiere que la descripci ón de la decoherencia en RMN de sólidos debe hacerse en el marco de la teoría de sistemas cuánticos abiertos [1]. [1] H.H. Segnorile and R.C. Zamar, J. Chem. Phys. 135, 244509 (2011).[2] C. E. González, H. H. Segnorile, and R. C. Zamar, Phys. Rev E 83, 011705 (2011).