3.10 Tesis doctorado

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Browsing 3.10 Tesis doctorado by Author "Maze Ríos, Jerónimo"

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    Dinámica de espín electrónico y nuclear en diamante
    (2021) Duarte Portilla, Héctor; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
    Durante los últimos años los centros de color o defectos ópticos en sólidos han emergido como potenciales candidatos para aplicaciones en metrología cuántica y transmisión y procesamiento de información cuántica. El modelamiento de las propiedades ópticas y de otros grados de libertad asociados a estos defectos es crucial para la implementación exitosa de estas aplicaciones o tecnologías. Muchas de estas propiedades como, por ejemplo, la coherencia de espines tanto electrónicos como nucleares, asociados a los defectos, son afectadas en gran medida por su interacción con el medio ambiente. Recientemente se ha encontrado experimentalmente que los espines nucleares aledaños pueden ser polarizados utilizando la dinámica del espín electrónico central del centro NV. La descripción y entendimiento de este fenómeno es crucial tanto para mitigar la decoherencia causados por el medio ambiente o baño de espines nucleares, como para el desarrollo de memorias nucleares y procesamiento de información ocupando espines nucleares. En esta tesis, en primer lugar, se realiza un estudio sobre evoluciones coherentes y se presenta un nuevo término no adiabático que permite entender fases acumuladas en evoluciones no adiabáticas. Logrando resolver de manera exacta la evolución no adiabática de un espín electrónico en presencia de un campo magnético oscilante. Luego se propone como utilizar las secuencias de Ramsey y Espín-ECHO sobre el centro NV para encontrar interferencia producto de una fase geométrica. Además, describimos la polarización de espines nucleares en el medio ambiente del centro de color NV bajo bombeo óptico de un espín central y radiaciónde microonda resonante con un espín electrónico central asociado a los centros de color NV. Se utiliza el formalismo matemático basado en la ecuación maestra para describir la dinámica del espín electrónico central en presencia de un baño radiativo fotónico y la acción de un bombeo óptico mediante un láser. Con ello se caracteriza la dinámica de polarización de espines nucleares acoplados coherentemente mediante interacción hiperfina con el espín electrónico central para varias condiciones de campo magnético externo (magnitud y orientación). Y se introduce la técnica de marco rotante y aproximación de marco rotante para caracterizar el rol de la radiación de microonda resonante con el espín electrónico central. Logramos ejemplificar cómo los acoplamientos por componente de interacción hiperfina posibilitan la polarización de espines nucleares, y como afecta o contribuye a este objetivo la magnitud de las componentes anisotrópicas de esta interacción. Se muestra además, para cuatro modelos de tasas de transición, como la tasas de cruce internos del sistema y las transiciones que no preservanespín reducen la polarización electrónica, lo que a su vez reduce la polarización nuclear. Por un lado, los resultados de esta tesis permitirán modelar evoluciones no adiabáticas, y por otro lado, muestran un camino para lograr validar el modelo de tasas de transición que mejor se ajuste al centro NV y polarizar un gran número de espines nucleares y a su vez habilitar aplicaciones en metrología como magnetometría con un bajo ruido magnético y por ende aumentando su sensibilidad.
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    Single Molecules for Quantum Information and Metrology
    (2024) Escalante, Richard; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    Single luminescent molecules provide a unique approach in the development of quantum technologies utilizing single photon sources. This includes quantum metrology by using a molecule’s sensitivity of its emission and magnetic properties to the local environment. In this thesis, we present our investigation of the optical properties of several different classes of luminescent molecules. We begin by providing some theoretical background of single quantum emitters as well as a brief description of the experimental methodologies and equipment. Next, we present an optical investigation of an ensemble of iron phthalocyanines molecules. This molecule possesses a ground state triplet, which is a desirable property for optically active spin qubits, but has a very weak optical emission. Diffraction limited spots displayed photo-instability in the form of blinking and irreversible bleaching. In ensemble form however, their optical stability allowed us to identify a possible Raman peak where we calculated the associated phonon frequency. Next, we present our single molecule study of vanadium phthalocyanine. This molecule has been documented as displaying very long spin coherence times even at room temperatures. We confirmed the presence of a single molecule by measuring the second order correlation function. Additionally, we looked at the intensity and spectral response as a function of the excitation laser polarization. The spectrum was fitted to a two Gaussian function, which may correspond to the two dipole transitions as suggested by theoretical calculations. Lastly, we looked at the optical properties of rare earth europium complexes known for having very sharp optical transitions in the emission spectrum, with each having varying levels of sensitivity to the local environment. Motivated by techniques to investigate non-radiative decay channels, we looked at the optical response of four different europium complexes under two 1 µs pulses of 515 nm laser separated by 1 µs. Each displayed a very different results and allowed us to identify the best candidates for single molecule studies. Finally, we looked at the emission spectrum as well as the optical response under a 6 µs long pulse using time-correlation single photon spectroscopy.