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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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II.6.Echos de spins.

II.6.1.Echo de spin a deux impulsions

II.6.1.1.Mesure de T2 (temps de relaxation spin-spin).

Cette technique a été proposée par HAHN en RMN dans les années 50.un écho de spin est constitué d'une séquence de deux impulsions séparées par un retard t comme indiqué sur la figure ci-dessous.

Figure II.1 : séquence de l'écho de spin a deux impulsions d'angle et séparées par un

retard ô.

Cette séquence peut aussi s'expliquer en utilisant le formalisme de la sphère de Bloch :

Figure II.2 : description de l'écho de spin dans le formalisme de la sphère de Bloch. La RPE permet de mesurer l'amplitude de l'écho en fonction de t séparant les deux impulsions.

-La variation de l'amplitude de l'écho est donnée par la relation suivante :

A(ô)=A(0)exp(-2t/T2).[1]

T2 : le temps de cohérence ou temps de relaxation « spin-spin ».

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La variation de l'amplitude de l'écho en fonction du retard ô est donnée par une telle courbe :

Figure II.3 : courbe de décroissance de l'aimantation transversale.

II.7.Echo de spin a trois impulsions.

II.7.1.Mesure de T1 par la méthode inversion-récupération (inversion-recovery). Cette séquence consiste en une impulsion it suivie de la séquence de HAHN.

L'impulsion it permet d'inverser les populations du système de spins et la séquence de HAHN permet d'obtenir l'écho de spin en fonction du retard entre le pulse it et le premier pulse de la séquence de HAHN.

L'amplitude de l'écho est enregistrée à chaque fois en fonction du temps t comme indiqué sur la figure ci-après :

Figure II.4 : séquence de l'inversion-récupération.

La variation de l'amplitude de l'écho permet d'obtenir une courbe similaire a celle montrée ci-dessous :

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Figure II.5 : courbe de décroissance de l'aimantation longitudinale. Le temps de relaxation spin-réseau est obtenu à l'aide de la relation suivante :

A(t)=A(0) [2.exp (-t/T1)-1].

Les résultats que je vais illustrer dans ce qui suit ont été trouvés au laboratoire de « propriétés optique et magnétiques des architectures moléculaires » de la faculté de chimie de l'université de Strasbourg.

Le spectromètre RPE utilisé pour toutes les manipulations est « l'ELEXYS E580 » en bande-X fabriqué par les entreprises « BRUKER » .la cavité utilisée est la cavité ENDOR de forme cylindrique.

La partie expérimentale est une étude de la dynamique du Cobalt dans la matrice ZnO, possédant l'Hamiltonien suivant :

H = uB.B0.g.S +S.D.S+S.A.I

Le cobalt possède la configuration suivante :

(Co2+) : [Ar] 3d7 4s0

Ce qui permet de dire qu'il s'agit d'un élément paramagnétique et qui par conséquent peut être étudié par la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique.

II.8. spectre du Co2+ par RPE continue. II.8.1.Description expérimentale.

Afin de pouvoir travailler en RPE continue, les micro-ondes doivent être couplées à la cavité pour but d'avoir des ondes stationnaires.

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Le spectre de la figure12 a été obtenu en se servant des paramètres suivants :

-atténuation des micro-ondes :20(dB)

-modulation de champ : 100(KHz)

-température : 4K.

-Modulation d'amplitude : 1(G).

-balayage en champ :[3000-3300](G).

Figure II.6 : spectre obtenu par RPE continue du Cobalt (Co2+).

Ce spectre présente la transition centrale (-1/2?+1/2) du Cobalt, sur lequel on aperçoit 8 raies qui correspondent aux huit transitions hyperfine (rappel :I=7/2).

A partir du spectre ci-dessus, on peut tirer les informations essentielles suivantes : 1/ le facteur g// du cobalt qui vaut dans ce cas : 2.25.

2/le facteur d'interaction hyperfine A// et qui vaut : 16.24(G).

Les résultats retrouvés en littérature donnent comme valeurs pour le facteur g et celui d'interaction hyperfine A, 2.24 et 17.0(G) respectivement. [10]

On peut dire qu'il ya un bon accord entre nos résultats et ce qui a été écrit
en littérature sur le cobalt, ce qui permet de dire qu'il s'agit bien du Cobalt
qu'on a entre les mains dans le ZnO.

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A présent, on descend à une très basse température valant 1.73(K) pour laquelle on enregistre un spectre du Cobalt mais cette fois-ci en utilisant la RPE pulsée.

La séquence d'impulsion utilisée pour ce cas est la séquence de HAHN (it/2-ô- it- ô-écho). Le retard entre les pulses est trop court et vaut 400(ns) avec un temps de répétition de 1(ms). Avec les paramètres décrits ci-dessus, on obtient un spectre qu'a une telle allure :

Figure II.7 : spectre du Co2+ obtenu par RPE pulsée a T=1.7(K).

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