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

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par Abdelmounaim CHETOUI
Université de Strasbourg - Master 2 2013
  

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I.7.les Interactions étudiées

I.7.1.interaction ZEEMAN électronique.

L'interaction entre le moment magnétique de spin us et le champ magnétique externe B0 est décrite par le terme :

HEZI = uB.B0.g.S ; g : un tenseur dans le cas général. uB : magnéton de Bohr z 5.78 10-5 (eV.T-1 ) .

Pour un système de spins s=1/2, le terme ZEEMAN est le terme dominant parmi tous les autres termes pour un champ magnétique externe statique .dans le cas général, «g » est un tenseur qui peut être symétrique :gx=gy=gz pour un système cubique ; pour une symétrie axiale : gx=gy=g- ,gz=g// ;et gx#gy#gz , pour une symétrie rhombique.

I.7.2.le terme d'éclatement en champ nul.

Pour un système de spins (s>1/2) et pour une symétrie non-cubique, le couplage dipôle-dipôle entre les spins électroniques plie la dégénérescence des (2s+1) états de l'état fondamental .cette interaction agit même en l'absence d'un champ magnétique extérieur et c'est pour cela qu'elle porte le nom d'éclatement en champ nul ; son expression est donnée par : HZFI= S.D.S.

Dans le système d'axes principaux, le terme de ZFS s'écrit :

HZFI=DxSx2+DySy2+DzSz2 =D [Sz2 -1/3S(S+1)] +E (Sx2-Sy2).

Pour une symétrie cubique :D=E=0 ;pour une symétrie axiale :E=0,D#0 ; pour des symétrie inferieures aux symétries axiale :D# 0,E# 0.dans la bande X , le terme de Zero-Field-splitting est l'interaction magnétique dominante avec les systèmes de spins s>1/2[5].

I.7.3.L'interaction hyperfine

C'est le couplage entre les moments magnétiques électronique et nucléaire et est décrit par l'Hamiltonien :

HHFI=I.A.S A : tenseur de couplage hyperfin.

Cette interaction représente l'une des sources les plus importantes d'informations dans la spectroscopie RPE.

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Dans le cas des systèmes de complexes de métaux de transition avec spin nucléaire non nul, l'interaction hyperfine va permettre la levée de dégénérescence des niveaux d'énergie.

La figure ci-dessous présente l'effet de l'interaction hyperfine d'un système de spin électronique 1/2 avec un spin nucléaire 1 avec la condition ?mI=0.

Figure I.6 : décomposition hyperfine pour S=1/2 et I=1[6]

Ainsi qu'un tas d'autres interactions que je citerais succinctement :

1.4-interaction ZEEMAN nucléaire.

1.5-interaction nucléaire quadrûpole.

1.6- interaction électron-électron (interaction très faible) [5]

I.8.Comment Mesurer de petits signaux noyés dans le bruit ?

I.8.1.Effet de la modulation de champ sur le spectre enregistré.

Le moyen le plus efficace qui permet d'enregistrer un spectre d'absorption RPE est celui qui donne sa dérivé. Ceci est réalisé en modulant le champ statique (entre 1kHz-100kHz) : généralement on utilise 100kHz [7]

L'avantage d'utiliser la modulation de champ est de pouvoir extraire des signaux noyés dans le bruit. [8]

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