Tomographie pseudoverschränkter Quantenzustände zwischen Elektronen- und Kernspins

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die experimentelle Realisierung und der Nachweis von pseudoverschränkten Quantenzuständen zwischen Elektronen- und Kernspins. Hierzu wurden Ensembles von Spin-Clustern in Festkörpern verwendet, in denen ein Elektronenspin an einen oder mehrere Kernspins gekoppelt ist. Die zur Erzeugung der Zustände notwendigen Transformationen wurden durch Methoden der gepulsten magnetischen Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) verwirklicht. Dazu wurden erlaubte Übergänge einer in einem statischen Magnetfeld befindlichen Probe mit Hochfrequenzpulsen bei sowohl Mikrowellenfrequenzen (X-Band) als auch Radiofrequenzen (typisch: 1 bis 50 MHz) selektiv angeregt. Der Nachweis der Quantenzustände erfolgte durch eine quantitative Bestimmung ihrer Dichtematrizen. Vor dieser Arbeit gab es zwar verwandte Experimente mit Kernspins in Flüssigkeiten, vergleichbare Experimente mit Elektronenspins oder gar mit gekoppelten Systemen aus Elektronen- und Kernspins sind jedoch bisher nicht veröffentlicht worden.

In this thesis the experimental realization of pseudoentangled quantum states between electron and nuclear spins is presented. Coupled spin systems of spin clusters in solids were used, where one electron spin is coupled to one or several nuclear spins. The preparation and detection of these states was achieved by applying methods of pulsed electron nuclear double resonance (ENDOR). The prepared quantum states were detected by a quantitative evaluation of the corresponding density matrices. Though experiments on entangled quantum states have already been published for several quantum systems, entanglement between an electron and a nuclear spin has not yet been demonstrated elsewhere.