Eco d'espin

Es diu eco d'espin a un efecte en mecànica quàntica a on la magnetisació d'una mostra -o el valor esperat del moment magnètic d'un sistema quàntic- es recupera parcialment despuix d'haver-se perdut, per analogia en l'eco acústic, en el que es torna a detectar, atenuada, una senyal acústica despuix d'un temps d'espera. També es dona el mateix nom als experiments basats en este efecte, i a efectes anàlecs.

Este efecte és utilisat molt comunament en experiments en espectroscòpia, en particular en resonància magnètica nuclear o RMN, i en resonància paramagnética electrònica, per a determinar temps de relaixació. Com atres tècniques de la resonància magnètica nuclear, l'eco d'espin requerix l'aplicació d'un camp magnètic i l'enviament d'ones d'radiofrecuencia durant temps ben determinats, lo que es coneix com a polsos o polsos d'radiofrecuencia. Per un atre costat, també s'ha usat en espectroscòpia de neutrons com a rellonge intern per a controlar el temps de vol dels neutrons, i per tant la seua energia.

Eco de Hahn

Seqüència principal d'un experiment d'eco d'espin.

Els ecos d'espin es varen detectar per primera volta en experiments de resonància magnètica nuclear per Erwin Hahn, que en el seu artícul de 1950 va explicar el fenomen, mentres que H.Y. Carr va desenrollar alguns aspectes del pols de refocalización.

La figura està inspirada en l'artícul de Hahn, i mostra varis passos importants en un experiment senzill d'eco d'espin. Es partix d'un espin alineat en un camp extern, en l'eix z (A). Per l'aplicació d'un pols de camp en l'eix x, d'una duració determinada, l'orientació del moment magnètic precesa al voltant de l'eix x fins a alinear-se en l'eix i (B). Diversos fenomens físics que es coneixen colectivament com relaixació espin-espin fan que els diferents moments magnètics de la mostra es vagen dispersant progressivament (C), (D). Per eixemple, si s'està aplicant un chicotet camp en l'eix z i els espin estan precesando en el pla x-i, chicotetes variacions locals o gradient del camp faran que uns espin precesen llaugerament més ràpit que uns atres, i per tant deixen d'estar alineats. Despuix d'un cert temps d'espera ${\tau }_e$, si s'aplica un pols de 180 graus que dona el regrés als espin sobre l'eix x (I) i es repetix el mateix temps d'espera ${\tau }_e$, els espin tornen a agrupar-se (F), (G), recuperant-se la magnetisació, i originant aixina un eco. L'eco pot detectar-se en facilitat si, per eixemple, es repetix un pols similar al mostrat en (B), que resultarà en una situació semblant a la de (A). La recuperació de la senyal mai és completa, puix alguns dels processos de relaixació espin-espin no són susceptibles de ser invertits.

Coherència quàntica

Com a seqüència de refocalización, l'eco d'espin considera una de les tècniques rellevants per a la computació quàntica per mig de RMN, en possibles aplicacions en atres arquitectura. Per eixemple, s'ha utilisat per a minimisar alguns dels mecanismes de relaixació espin-espin i aixina allargar el temps en el que és possible efectuar manipulacions en un punt quàntic doble, preservant la coherència quàntica, de manera que funcione com qubit, i també s'ha aplicat a experiments en un qubit de fluix elèctric en un anell superconductor.

Si durant les fases (C)-(F) mostrades en la figura el moment magnètic està precesando sobre un camp en l'eix z i el temps de relaixació és lo prou llarc comparat en la freqüència de Rabi, és possible medir l'oscilació de Rabi, açò és, la magnetisació que es recupera, a banda de l'atenuació progressiva, té una oscilació de tipo coseno, en lo que para determinats temps d'espera ${\tau }_e$ té l'orientació contrària a l'original.

Bibliografia adicional

• Haken, Wolf: Atom- und Quantenphysik., Springer-Lehrbuch, ISBN 3-540-67453-5