Макроскопические квантовые когерентные эффекты, индуцированные нестационарным магнитным полем в динамике высокоспиновых магнитных нанокластеров, молекул и ионов
Диссертация
В последние годы интерес к проблематике, связанной с динамикой спиновых систем, получил значительный импульс. Во многом это связано с недавними открытиями макроскопического квантового туннелирования намагниченности, молекулярной бистабильиости и квантового гистерезиса, нового типа магнитных осцилляции, связанных с фазой Берри. Эти мезоскопические эффекты обнаружены в так называемых системах… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ КОГЕРЕНТНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ДИНАМИКЕ ФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ
- 1. 1. Движение электронов в кристалле под действием однородного постоянного j j электрического ноля
- 1. 1. 1. Елоховские осцилляции и зеиеровское туннелирование
- 1. 2. Наблюдение блохоаских осцилляции в полупроводниковых ^ сверхрешетках
- 1. 2. Макроскопические квантовые когерентные эффекты в динамике j 7 джозефсоновских переходов малой емкости
- 1. 2. 1. Вводные замечания
- 1. 2. 2. Адиабатический гамильтониан
- 1. 2. 3. Елоховские осцилляции и зеиеровское туннелирование
- 1. 2. 4. Динамика джозефсоновских переходов большей емкости
- 1. 1. Движение электронов в кристалле под действием однородного постоянного j j электрического ноля
- 2. 1. Классическая динамика магнитного момента в магнитном поле, изменяющемся 28 с постоянной скоростью
- 2. 2. Гамильтониан квазиклассического спина в нестационарном магнитном иоле
- 2. 2. 1. Постановка задачи и начальные замечания
- 2. 2. 2. Вывод гамильтониана квазиклассического спина
- 2. 2. 3. Свойства гамильтониана квазиклассического спина
- 2. 3. Макроскопические квантовые когерентные эффекты, индуцированные 40 нестационарным магнитным полем в динамике квазиклассического спина
- 2. 3. 1. Случай прецессии спина в постоянном потенциале
- 2. 3. 2. Спиновые осцилляции блоховского типа
- 2. 3. 3. Межзонное зеиеровское туннелирование
- 2. 3. 4. Проявления макроскопических квантовых когерентных эффектов
- 2. 3. 5. Динамика спиновых систем с тетрагональной и гексагональной ^ анизотропией
- 2. 3. 6. Динамика спина в магнитном поле, имеющем гармоническую ^ составляющую
- 2. 3. 7. Случай сильной связи
- 3. 1. Теоретические основы и алгоритмы компьютерного моделирования
- 3. 2. Результаты моделирования динамических свойств высокоспиновых магнитных gj нанокластеров, молекул и ионов
- 4. 1. Некоторые общие сведения о квантовых вычислениях
- 4. 2. Использование высокоспиновых магнитных частиц в качестве кубитов при квантовых вычислениях
- 4. 2. 1. Логические состояния магнитных кубитов
- 4. 2. 2. Инициализация магнитных кубитов
- 4. 2. 3. Декогерентизация состояний магнитных кубитов
- 4. 2. 4. Реализация основных логических операций
- 4. 2. 5. Измерение состояний магнитных кубитов
- 5. 1. Диссипативная динамика магнитного кубита
- 5. 1. 1. Спин-бозонный гамильтониан
- 5. 1. 2. Точно решаемая квантовая модель декогереитизации
- 5. 1. 3. Случай слабой связи кубита с окружением
- 5. 1. 4. Общий случай связи кубита с окружением
- 5. 2. Диссипативная динамика высокоспиновых магнитных нанокластеров, молекул 90 и ионов в нестационарном магнитном поле
- 5. 2. 1. Квантовое уравнение Ланжевеиа
- 5. 2. 2. Случай сильного затухания 94 5.2.3. Диссипация и когерентные аффекты
Список литературы
- Ашкрофт П., Мермин 1. Физика твердого тела. В 2-х т. — М.: Мир. 1979. Т. 1 — 399 с. Т. 2 — 422 с.
- Loser F., Rosam В., Meinhold D., Lyssenko V.G., Sudzius M., Dignam M.M., Glutsch S., Bechstedt F., Rossi F., Kohler K., Leo K. Nonlinear transport in superlattices: Bloch oscillations and Zener breakdown. // Physica E. 2001. Vol 11. P. 268−276.
- Leo K. Interband optical investigations of Bloch oscillations in semiconductor superlattices. // Semicond. Sci. Technol. 1998. Vol. 13. P. 249−263.
- Wannier G.H. Wave functions and effective Hamiltonian for Bloch electrons in an electric field. // Phys. Rev. 1960. Vol. 117. No. 2. P. 432−439.
- Zak J. Stark ladder in solids? // Phys. Rev. Lett. 1968. Vol. 20. No. 26. P. 1477−1481.
- Emin D., Hart C.F. Existence of Wannier-Stark localization. // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 36. No. 14. P. 7353−7359.
- Luban M., Luscombe J.H. Localized eigenstates of one-dimensional tight-binding systems: a new algorithm. // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 35. No. 17. P. 9045−9055.
- Bleusc J., Bastard G., Voisin P. Electric-field-induced localization and oscillatory electro-optical properties of semiconductor superlattices. // Phys. Rev. Lett. 1988. Vol. 60. No. 3. P. 220−223.
- Esaki L., Chang L.L. Semiconductor superfine structures by computer-controlled molecular beam epitaxy. //Thin Solid Films. 1976. Vol. 36. No. 2. P. 285−298.
- Sakaki II. Quantum wire superlattices and coupled quantum box arrays: a novel method to suppress optical phonon scattering in semiconductors. // Jpn. Appl. Phys. 1989. Vol. 28. Part 2. No. 2A. P. L314-L316.
- Esaki L., Chang L.L. New transport phenomenon in a semiconductor «superlattice». // Phys. Rev. Lett. 1974. Vol. 33. No. 8. P. 495−498.
- Dingle R., Gossard Л.С., Wiegmann W. Direct observation of superlattice formation in a semiconductor heterostructure. // Phys. Rev. Lett. 1975. Vol. 34. No. 21. P. 1327−1330.
- Tsu R., Chang L.L., Sai-IIalasz G.A., Esaki L. Effects of quantum states on the photocurrent in a «superlattice». // Phys. Rev. Lett. 1975. Vol. 34. No. 24. P. 1509−1512.
- Leo K., Shan J., Gobel E.O., Damen T.C., Schmitt-Rink S., Schafer W., Kohler K. Coherent oscillations of a wave packet in a semiconductor double-quantum-well structure. // Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 66. No. 2. P. 201−204.
- Roskos H.G., Nuss M.C., Shah J., Leo K., Miller D.A.B., Fox A.M., Schmitt-Rink S., Kohler K. Coherent submillimeter-wave emission from charge oscillations in a double-wellpotential. // Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 68. No. 14. P. 2216−2219.
- Mendez E.E., Agullo-Rueda F., Hong J.M. Stark localization in GaAs-GaAlAs superlattices under an electric field. // Phys. Rev. Lett. 1988. Vol. 60. No. 23. P. 2426−2429.
- Voisin P., Bleuse J., Bouche C., Gaillard S., Alibert C., Regreny Л. Observation of the Wannier-Stark quantization in a semiconductor superlattice. // Phys. Rev. Lett. 1988. Vol. 61. No. 14. P. 1639−1642.
- Waschke C., Roskos H.G., Schwedler R., Leo K., Kurz IL, Kohler K. Coherent submillimeter-wave emission from Bloch oscillations in a semiconductor superlattice. // Phys. Rev. Lett. 1993. Vol. 70. No. 21. P. 3319−3322.
- Josephson B.D. Possible new effects in superconductive tunnelling. // Phys. Lett. 1962. Vol.1. No. 7. P. 251−253.
- Anderson P.W. Lectures on the Many-Body Problem. Vol. 2. New York. 1964. 310 p.
- Cohen M.H., Falicov L.N., Phillips J.C. Superconductive tunneling. // Phys. Rev. Lett. 1962. Vol. 8. No. 8. P. 316−318.
- Caldeira A.O., Leggett A.J. Influence of dissipation on quantum tunneling in macroscopic systems. // Phys. Rev. Lett. 1986. Vol. 46. No. 4. P. 211−214.
- Waxman D. Macroscopic quantum coherence and tunneling in a double well potential. // J. Phys. C: Solid State Phys. 1985. Vol. 18. P. L421-L426.
- Averin D.V., Zorin A.B., Likharev K.K. Bloch oscillations in small Josephson junctions. // JETP. 1985. Vol. 61. P. 407.
- Gefen Y., Ben-Jacob E., Caldeira A.O. Zener transitions in dissipative driven systems. // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 36. No. 5. P. 2770−2782.
- Ben-Jacob E., Gefen Y., Mullen K., Schuss Z. Coherent versus noncoherent Bloch oscillations in the presence of direct and alternative fields. // Phys. Rev. B. 1988. Vol. 37. No. 13. P. 7400−7418.
- Mullen K., Ben-Jacob E., Schuss Z. Combined effect of Zener and quasiparticle transitions on the dynamics of mesoscopic Josephson junctions. // Phys. Rev. Lett. 1988. Vol. 60. No.1. P. 1097−1100.
- Keldysh L.V. //JETP. 1958. Vol. 6. P. 763.
- Zwerger W., Dorsey A.T., Fisher М.Р.Л. Effects of the phase periodicity on the quantum dynamics of a resistively shunted Josephson junction. // Phys. Rev. B. 1986. Vol. 34. No. 9. P. 6518−6521.
- Ovchinnikov Yu., Ivlev B.I. Dissipative quantum mechanics of a particle in the washboard potential: application to the Josephson junction. // Phys. Rev. B. 1989. Vol. 39. No. 13. P. 9000−9005.
- Kuzmin L.S., Haviland D.B. Observation of the Bloch oscillations in an ultrasmall Josephson junction. // Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67. No. 20. P. 2890−2893.
- Ivanchenko Yu.M., Zil’bernian L.A. //JETP. 1969. Vol. 28. P. 272.
- Ambegaokar V., Halperin B.I. Voltage due to thermal noise in the dc Josephson effect. // Phys. Rev. Lett. 1969. Vol. 22. No. 25. P. 1364−1366.
- Fulton T.A., Dunkleberger L.N. Lifetime of the zero-voltage state in Josephson tunnel junction. // Phys. Rev. B. 1974. Vol. 9. No. 11. P. 4760−4768.
- Devoret M. I I., Martinis J.M., Clarke J. Measurements of macroscopic quantum tunneling out of the zero-voltage state of a current-biased Josephson junction. // Phys. Rev. Lett. 1985. Vol.55. No. 18. P. 1908−1911.
- Martinis J.M., Devoret M.H., Clarke J. Energy-level quantization in the zero-voltage state of a current-biased Josephson junction. // Phys. Rev. Lett. 1985. Vol. 55. No. 15. P. 1543−1546.
- Лифшиц E.M., Питаевский Л. П. Теоретическая физика. Т. IX. Статистическая физика. Часть 2. М.: Наука. 1978.
- Переломов A.M. Обобщенные когерентные состояния и их применения. М.: Наука. 1987. 268 с.
- Feynman R.P., Hibbs A.R. Quantum mechanics and path integrals. New York. McGraw-Hill Book Company. 1965. 365 p.
- Chudnovsky E.M., Tcjada J. Macroscopic quantum tunneling of the magnetic moment. -Cambridge. Cambridge University Press. 1998.
- Kalatsky V.A., Muller-Hartmann E., Pokrovsky V.L., Uhrig G.S. Berry’s Phase for Large Spins in External Fields. // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 80. No. 6. P. 1304−1307.
- Bloch F. Off-diagonal long-range order and persistent currents in a hollow cylinder. // Phys. Rev. 1965. Vol. 137. No. ЗА. P. A787-A795.
- Bloch F. Flux Quantization and Dimensionality. // Phys. Rev. 1968. Vol. 166. No. 2. P. 415 423.
- Omar M.A. Elementary Solid State Physics. Reading, MA. Addison-Wesley. 1975.669 p.
- Лихарев K.K. Введение в динамику джозефсоновских переходов. М.: Наука. 1985. 320 с.
- Schon G., Zaikin A.D. Quantum coherent effects, phase transitions, and dissipative dynamics of ultra small tunnel junctions. // 1990. Phys. Rep. Vol. 198. No. 5−6. P. 237−412.
- Rao S. An anyon primer. // 1992. LANL e-print hep-th/9 209 066. 88 p.
- Larkin A.I., Likharev K.K., Ovchinnikov Yu.N. Secondary quantum macroscopic effects in weak superconductivity. // Physica B. 1984. Vol. 126. No. 1−3. P. 414−422.
- Абрамовиц M., Стегун И. Справочник по специальным функциям. М.: Мир. 1979.
- Горбацевич А.А., Капаев В. В., Копаев Ю. В. Управляемая эволюция электронных состояний в наноструктурах. //ЖЭТФ. 1995. Т. 107. Вып. 4. С. 1320−1349.
- Holthaus М., Hone D. Quantum wells and superlattices in strong time-dependent fields. // Phys. Rev. B. 1993. Vol. 47. No. 11. P. 6499−6508.
- Giraud R., Wemsdorfer W., Tkachuk A.M., Mailly D., Barbara B. Nuclear spin driven quantum relaxation in LiY0.998Ho0.002F4. // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 87. No. 5. № 57 203. 4 p.
- Альтшулер C.A., Козырев Б. М. Электронный парамагнитный резонанс. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры. 1961. 368 с.
- Варшалович Д.А., Москалев А. Н., Херсонский В. К. Квантовая теория углового момента. Л.: Наука. 1975.436 с.
- Калиткин II.II. Численные методы. М.: Наука. 1978. 512 с.
- Fehlberg Е. Klassische Runge-Kutta-Formeln vierter und niedrigerer Ordnung mit Schrittweiten-Kontrolle und ihre Anwendung auf Waermeleitungsprobleme. // Computing. 1970. Vol.6. P. 61.
- Валиев K.A. Квантовые компьютеры: можно ли их сделать «большими»? // УФН. 1999. Т. 169. № 6. С. 691−694.
- Cirac J.I., Zoller P. Quantum computations with cold trapped ions. // Phys. Rev. Lett. 1995. Vol.74. No. 20. P. 4091−4094.
- Shnirman A., Schon G., Hermon Z. Quantum manipulations of small Josephson junctions. // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 79. No. 12. P. 2371−2374.
- Cory D.G., Price M.D., Havel T.F. Nuclear magnetic resonance spectroscopy: an experimentally accessible paradigm for quantum computing. // Physica D. 1997. Vol. 120. No. 1−2. P. 82−101.
- Kane B.E. A silicon-based nuclear spin quantum computer. // Nature. 1998. Vol. 393. No. 5. P. 133−137.
- Loss D., DiVinccnzo D.P. Quantum computation with quantum dots. // Phys. Rev. A. 1998. Vol.57.No. l.P. 120−126.
- Privman V., Vagner I.D. Kventsel G. Quantum computation in quantum-Hall systems. // Phys. Lett. A. 1998. Vol. 239. No. 3. P. 141−146.
- Platzman P.M., Dykman M.I. Quantum computing with electrons floating on liquid helium. // Science. 1999. Vol. 284. P. 1967.
- Tcjada J., Chudnovsky E.M., Barco E., Hernandez J.M., Spiller T.P. Magnetic qubits as hardware for quantum computers. // Nanotechnology. 2001. Vol. 12. P. 181−186.
- Twamlcy J. Quantum-cellular-automata quantum computing with endohedral fullerenes. //
- Phys. Rev. A. 2003. Vol. 67. № 52 318. 12 p.
- Meier F., Levy J., Loss D. Quantum computing with antiferromagnetic spin clusters. // 2003. LANL e-print cond-mat/304 296. 15 p.
- Валиев K.A., Кокин A.A. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. // Москва-Ижевск, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2002. 320 с.
- DiVincenzo D.P. Topics in quantum computers. // 1996. LANL e-print cond-mat/9 612 126. 22 p.
- Звездин A.K. Магнитные молекулы и квантовая механика. // Природа. 2000. № 12. С. 11−19.
- Звездин А.К. Макроскопические квантовые осцилляции в антиферромагнитных нанокластерах. // Кратк. сообщ. по физике ФИАН. 1999. Вып. 12. С. 13−21.
- Звездин А.К. Квантовые осцилляции в анизотропных мезоскопических кольцах в вихревом электростатическом поле. // Кратк. сообщ. по физике ФИАН. 2000. Вып. 11. С. 3−10.
- Звездин А.К., Плохов Д. И. Нелинейная динамика квазиклассического спина в нестационарном магнитном поле. //ЖЭТФ. 2003. Т. 124. Выи. 1(7). С. 96−104.
- Preskill J. Reliable quantum computers. // 1997. LANL e-print quant-ph/9 705 031. 24 p.
- Steane A.M. Error correcting codes in quantum theory. // Phys. Rev. Lett. 1996. Vol. 77. P. 793−796.
- Kotthaus J.R., Jaccarino V. Temperature dependence of the antiferromagnetic resonance linewidth in MnF2. // Phys. Lett. A. 1973. Vol. 42. No. 5. P. 361−362.
- Barenco A., Bennett C.H., Cleve C., DiVincenzo D.P., Margolus N., Shor P., Sleater Т., Smolin J.A., Weinfurtcr H. Elementary gates for quantum computation. // Phys. Rev. A. 1995. Vol. 52. No. 5. P. 3457−3467.
- Pakes C.I., Josephs-Franks P.W., Reed R.P., Corner S.G., Colclough M.S. // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2001. Vol. 50. P. 310.
- Leggett A.J. Quantum tunneling in the presence of an arbitrary linear dissipation mechanism. //Phys. Rev. B. 1984. Vol.30. No. 3. P. 1208−1218.
- Leggett A.J., Chakravarty S., Dorsey A.T., Fisher M.P.A., Garg A., Zwerger W. Dynamics of the dissipative two-state system. // Rev. Mod. Phys. 1987. Vol. 59. No. 1. P. 1−85.
- Sun C.P., Zhan H., Liu X.F. Decoherence and relevant universality in quantum algorithms via a dynamic theory for quantum measurement. // Phys. Rev. A. 1998. Vol. 58. No. 3. P. 1810−1821.
- Mozyrsky D., Privman V. Adiabatic decoherence. // J. Stat. Phys. 1998. Vol. 91. No. 3−4. P. 787−799.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. V. Статистическая физика. Часть 1.-М.: Наука. 1976. 584 с.
- Palma G.M., Suominen К.-А., Ekert А.К. Quantum computers and dissipation. // Proc. Roy. Soc. Lond. 1996. Vol. A452. P. 567.
- Viola L., Lloyd S. Dynamical suppression of decoherence in two-state quantum systems. // 1998. LANL e-print quant-ph/9 803 057. 18 p.
- Simonius M. Spontaneous symmetry breaking and blocking of mctastable states. // Phys. Rev. Lett. 1978. Vol. 40. No. 15. P. 980−983.
- Harris R.A., Stodolsky L. Two state systems in media and «Turing's paradox». // Phys. Lett. B. 1982. Vol. 116. No. 6. P. 464−468.
- Ford G.W., Lewis J.T., O’Connell R.F. Quantum Langevin equation. // Phys. Rev. A. 1988. Vol.37. No. 11. P. 4419−4428.о 00