超分子二聚物中的EPR及量子自旋动力学

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介观磁性系统量子现象的理论和实验研究,不仅是现代物理学中的非常重要研究课题,而且在信息储存、量子计算以及量子信息处理等方面有着潜在的技术应用前景。特别是磁性超分子二聚物,在量子计算机器件设计中被认为是一个极好的候选者。本文从三个方面对磁性超分子二聚物的量子效应进行了理论研究。在简单总结了近几年分子磁体系统量子现象的理论和实验研究情况之后,首先,我们利用高阶微扰方法从理论上研究了由两个单分子磁体组成的超分子二聚物[Mn4]2的高频电子顺磁共振谱,相应的简并能级的高阶效应,求出了所有的能级对应的本征矢,计算了对应各种频率的电子顺磁共振谱的位置,通过理论与相应的实验观测值比较,得到了各向异性常数和交换耦合系数,其结果证实了Hill等人的预言,即超分子二聚物中的两个Mn4是通过反铁磁交换相互作用耦合在一起的,且耦合是量子力学的,超分子二聚物[Mn4]2表现出来的性质类似于人工制造的量子点。其次,我们从理论上研究了超分子二聚物[Mn4]2的量子纠缠,对量子数在M=M1+M2=-9到0范围内的所有能量本征态,作为交换耦合系数J的函数,我们精确地计算了它们的von Neumann熵,讨论了传统的Von Neumann熵与耦合强度的关系,结果显示von Neumann熵不是耦合强度的单调函数,对应不同初态,我们也研究了量子纠缠的时间演化问题。最后,我们研究了耦合自旋对系统的几何位相和量子动力学问题,利用含时规范变换技术研究了在旋转磁场下,两个具有任意自旋值的耦合系统的含时Schr(o)dinger方程的精确解,并精确得到了AA位相和时间演化算符,同时作为驱动场的低速旋转的结果,我们也研究了如何从精确解得到Berry位相。
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