論文の概要: Hyperfine and quadrupole interactions for Dy isotopes in DyPc$_2$
molecules
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2002.05134v1
- Date: Wed, 12 Feb 2020 18:25:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-03 21:24:39.178320
- Title: Hyperfine and quadrupole interactions for Dy isotopes in DyPc$_2$
molecules
- Title（参考訳）: DyPc$_2$分子におけるDy同位体の超微粒子と四極子相互作用
- Authors: Aleksander L. Wysocki and Kyungwha Park
- Abstract要約: 核スピンレベルは、磁化力学を理解し、ランタノイド系単一分子磁石における量子ビットの実装と制御において重要な役割を果たす。
アニオンDyPc$における161$Dyおよび163$Dy核の超微細および核四極子相互作用について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 77.57930329012771
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nuclear spin levels play an important role in understanding magnetization
dynamics and implementation and control of quantum bits in lanthanide-based
single-molecule magnets. We investigate the hyperfine and nuclear quadrupole
interactions for $^{161}$Dy and $^{163}$Dy nucleus in anionic DyPc$_2$
(Pc=phthalocyanine) single-molecule magnets, using multiconfigurational
ab-initio methods (beyond density-functional theory) including spin-orbit
interaction. The two isotopes of Dy are chosen because the others have zero
nuclear spin. Both isotopes have the nuclear spin $I=5/2$, although the
magnitude and sign of the nuclear magnetic moment differ from each other. The
large energy gap between the electronic ground and first-excited Kramers
doublets, allows us to map the microscopic hyperfine and quadrupole interaction
Hamiltonian onto an effective Hamiltonian with an electronic pseudo-spin
$S_{\rm eff}=1/2$ that corresponds to the ground Kramers doublet. Our ab-initio
calculations show that the coupling between the nuclear spin and electronic
orbital angular momentum contributes the most to the hyperfine interaction and
that both the hyperfine and nuclear quadrupole interactions for $^{161}$Dy and
$^{163}$Dy nucleus are much smaller than those for $^{159}$Tb nucleus in
TbPc$_2$ single-molecule magnets. The calculated separations of the
electronic-nuclear levels are comparable to experimental data reported for
$^{163}$DyPc$_2$. We demonstrate that hyperfine interaction for Dy Kramers ion
leads to tunnel splitting (or quantum tunneling of magnetization) at zero
field. This effect does not occur for TbPc$_2$ single-molecule magnets. The
magnetic field values of the avoided level crossings for $^{161}$DyPc$_2$ and
$^{163}$DyPc$_2$ are found to be noticeably different, which can be observed
from experiment.
- Abstract（参考訳）: 原子核スピンレベルは、ランタニド系単分子磁石の磁化ダイナミクスと量子ビットの実装と制御を理解する上で重要な役割を果たす。
陽イオン型DyPc$_2$(Pc=フタロシアニン)単分子磁石における超微粒子と核四極子相互作用をスピン軌道相互作用を含む多構成的ab-initio法(密度汎関数理論)を用いて検討した。
Dyの2つの同位体は、他は核スピンがゼロであるため選択される。
どちらの同位体も核スピン $i=5/2$ を持つが、核磁気モーメントの大きさと符号は互いに異なる。
電子グラウンドと第一励起のクラマーズ・ダブルトの間の大きなエネルギーギャップは、ミクロ超微細構造と四重極相互作用ハミルトニアンを、グラウンド・クラマーズ・ダブルトに対応する電子擬スピン$s_{\rm eff}=1/2$を持つ有効ハミルトニアンに写像することができる。
ab-initio計算により、原子核スピンと電子軌道角運動量との結合は超微粒子相互作用に最も寄与し、超微粒子と原子核四極子相互作用は、tbpc$_2の単分子磁石において、$^{161}$dyおよび$^{163}$dyの原子核の方が$^{159}$tbの原子核の方がはるかに小さいことが示されている。
計算された電子核レベルの分離は、$^{163}$DyPc$_2$で報告された実験データに匹敵する。
ダイ・クラマーズイオンの超微細相互作用がゼロ磁場でのトンネル分割(または磁化の量子トンネル)を引き起こすことを示した。
この効果はTbPc$_2$単分子磁石では起こらない。
回避されたレベル交差の磁場値は、$^{161}$DyPc$_2$および$^{163}$DyPc$_2$に対して顕著に異なることが判明し、実験から観察できる。
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