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

par Khalif Benzid

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Philippe Turek et de Mustapha Maamache.

Soutenue le 24-02-2016

à Strasbourg en cotutelle avec l'Université Ferhat Abbas (Sétif, Algérie) , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg) , en partenariat avec Institut de chimie (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Toufik Hadjersi.

Le jury était composé de Jérôme Tribollet, Nadjib Baadji.

Les rapporteurs étaient Toufik Hadjersi, Anne-Laure Barra.


  • Résumé

    Nous avons étudié, par RPE impulsionnelle, la cohérence quantique et des spins électroniques des ions de transition Mn2+, Co2+, Fe3+, et des complexes Fe3+/Cs+ et Fe3+/Na+, tous présents dans le ZnO monocristallin. Nous avons trouvé que l’anisotropie magnétique peut altérer la cohérence de la phase dynamique des qubits des spins électroniques. 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 les ions Co2+ isolés avec une très forte anisotropie magnétique uniaxiale, une décohérence rapide a été mis en évidence. Nous avons trouvé que les spins électroniques des complexes de type Fe3+/Cs+, ayant un tenseur d’anisotropie magnétique plus complexe que la simple anisotropie uniaxiale des ions Fe3+ isolés, possèdent presque le même temps de décohérence. Par la méthode des perturbations, nous avons mis en évidence théoriquement un terme supplémentaire à la phase habituelle de Berry, dû à l’anisotropie magnétique et qui existe dans tout système ayant un spin S>1/2.

  • Titre traduit

    Study of the effect of the magnetic anisotropy on the dynamic phase and on the geometric phase qubits of electron spins of transition metals isolated ions Mn2+, Co2+, Fe3+, and Iron Complexes (Fe3+/Cs+ and Fe3+/Na+) in the zinc oxide single crystal


  • Résumé

    We studied by pulsed EPR (p-EPR), the quantum coherence of electronic spins qubits of isolated transition metal ions of Mn2+, Co2+, Fe3+ and Fe3+/Cs+ as well as Fe3+/Na+ complexes, all found as traces in mono-crystalline ZnO. Indeed, we experimentally demonstrated that the magnetic anisotropy can alter the coherence of the dynamic phase of electronic spins qubits. We found a small decoherence for Mn2+ and Fe3+, spins having a small uniaxial magnetic anisotropy, and on the contrary, we found a very strong decoherence for Co2+ spins having a very strong uniaxial magnetic anisotropy. We found that the electronic spins of the Fe3+/Cs+ complex, having a more complex tensor magnetic anisotropy compared to the simplest uniaxial one of isolated Fe3+ spins in ZnO, have almost the same coherence time. By the perturbation method, we have found theoretically an additional term to the usual geometric Berry phase, due to the magnetic anisotropy which exists in any system having a spin S>1/2.


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