Experimental quantification of decoherence via the Loschmidt echo in a many spin system with scaled dipolar Hamiltonians

Autores
Buljubasich, Lisandro; Sánchez, Claudia M.; Dente, Axel D.; Levstein, Patricia R.; Chattah, Ana K.; Pastawski, Horacio M.
Año de publicación
2015
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Fil: Buljubasich, Lisandro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.
Fil: Sánchez, Claudia M. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.
Fil: Dente, Axel D. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.
Fil: Levstein, Patricia R. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.
Fil: Chattah, Ana K. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.
Fil: Pastawski, Horacio M. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.
Fil: Buljubasich, Lisandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.
Fil: Dente, Axel D. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.
Fil: Levstein, Patricia R. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.
Fil: Chattah, Ana K. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.
Fil: Pastawski, Horacio M. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.
We performed Loschmidt echo nuclear magnetic resonance experiments to study decoherence under a scaled dipolar Hamiltonian by means of a symmetrical time-reversal pulse sequence denominated Proportionally Refocused Loschmidt (PRL) echo. The many-spin system represented by the protons in polycristalline adamantane evolves through two steps of evolution characterized by the secular part of the dipolar Hamiltonian, scaled down with a factor |k| and opposite signs. The scaling factor can be varied continuously from 0 to 1/2, giving access to a range of complexity in the dynamics. The experimental results for the Loschmidt echoes showed a spreading of the decay rates that correlate directly to the scaling factors |k|, giving evidence that the decoherence is partially governed by the coherent dynamics. The average Hamiltonian theory was applied to give an insight into the spin dynamics during the pulse sequence. The calculations were performed for every single radio frequency block in contrast to the most widely used form. The first order of the average Hamiltonian numerically computed for an 8-spin system showed decay rates that progressively decrease as the secular dipolar Hamiltonian becomes weaker. Notably, the first order Hamiltonian term neglected by conventional calculations yielded an explanation for the ordering of the experimental decoherence rates. However, there is a strong overall decoherence observed in the experiments which is not reflected by the theoretical results. The fact that the non-inverted terms do not account for this effect is a challenging topic. A number of experiments to further explore the relation of the complete Hamiltonian with this dominant decoherence rate are proposed.
publishedVersion
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Física Atómica, Molecular y Química (física de átomos y moléculas incluyendo colisión, interacción con radiación, resonancia magnética, Moessbauer Efecto.)
Fuente
ISSN: 0021-9606
Materia
Sequence Analysis
NMR
Magnetic fields
Loschmidt echo
Decoherence
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
Repositorio
Repositorio Digital Universitario (UNC)
Institución
Universidad Nacional de Córdoba
OAI Identificador
oai:rdu.unc.edu.ar:11086/23832
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Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.Fil: Buljubasich, Lisandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.Fil: Dente, Axel D. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.Fil: Levstein, Patricia R. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.Fil: Chattah, Ana K. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.Fil: Pastawski, Horacio M. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentina.We performed Loschmidt echo nuclear magnetic resonance experiments to study decoherence under a scaled dipolar Hamiltonian by means of a symmetrical time-reversal pulse sequence denominated Proportionally Refocused Loschmidt (PRL) echo. The many-spin system represented by the protons in polycristalline adamantane evolves through two steps of evolution characterized by the secular part of the dipolar Hamiltonian, scaled down with a factor |k| and opposite signs. The scaling factor can be varied continuously from 0 to 1/2, giving access to a range of complexity in the dynamics. The experimental results for the Loschmidt echoes showed a spreading of the decay rates that correlate directly to the scaling factors |k|, giving evidence that the decoherence is partially governed by the coherent dynamics. The average Hamiltonian theory was applied to give an insight into the spin dynamics during the pulse sequence. The calculations were performed for every single radio frequency block in contrast to the most widely used form. The first order of the average Hamiltonian numerically computed for an 8-spin system showed decay rates that progressively decrease as the secular dipolar Hamiltonian becomes weaker. Notably, the first order Hamiltonian term neglected by conventional calculations yielded an explanation for the ordering of the experimental decoherence rates. However, there is a strong overall decoherence observed in the experiments which is not reflected by the theoretical results. The fact that the non-inverted terms do not account for this effect is a challenging topic. A number of experiments to further explore the relation of the complete Hamiltonian with this dominant decoherence rate are proposed.publishedVersionFil: Buljubasich, Lisandro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.Fil: Sánchez, Claudia M. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.Fil: Dente, Axel D. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.Fil: Levstein, Patricia R. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentina.Fil: Chattah, Ana K. 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