Emaranhamento Térmico e Simulações Quânticas de Sistemas Magnéticos por Ressonância Magnética Nuclear

Nessa tese apresentamos um estudo do fenômeno do emaranhamento à temperaturas finitas, e analisamos sua dinâmica através de simulações por Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Utilizando a RMN desenvolvemos uma nova técnica de simulação de sistemas térmicos através da manipulação dos elementos da matriz densidade de RMN. Demonstramos essa técnica simulando um sistema ferromagnético ordenado. Várias outras situações de interesse em magnetismo podem ser estudadas experimentalmente por esta técnica. No estudo do emaranhamento à temperaturas finitas, três trabalhos foram desenvolvidos utilizando como base materiais denominados magnetos moleculares. No primeiro trabalho, mostramos que é possível detectar e quantificar o emaranhamento a partir da medida de um observável termodinâmico, a susceptibilidade magnética. Mostramos também como a aplicação de um campo magnético pode afetar o grau emaranhamento no sistema. No segundo trabalho, mostramos que existe uma temperatura abaixo da qual o emaranhamento em dímeros de spin S pode ser detectado. Esta temperatura está diretamente relacionada à interação de troca entre os spins. No mesmo trabalho, mostramos que somente dímeros que possuem interação antiferromagnética podem apresentar emaranhamento. No terceiro trabalho, mostramos que, para uma determinada classe de materiais, o emaranhamento pode persistir até temperaturas acima da temperatura ambiente, exibindo inclusive violação das desigualdades de Bell, o que torna tais materiais muito atraentes para aplicações como dispositivos de processamento da informação quântica. Todos os resultados desses trabalhos foram obtidos a partir de estudos teóricos e experimentais dos compostos. Finalmente, utilizando a técnica da RMN, fizemos dois estudos nos quais simulamos sistemas térmicos, bem como a evolução de um estado emaranhado. No primeiro mostramos que podemos gerar a matriz densidade de um sistema em equilíbrio a partir da aplicação de pulsos de rádio-freqüência sobre uma amostra de cristal líquido mantida à temperatura ambiente e campo magnético aplicado fixo. Os parâmetros dos pulsos, como duração e amplitude, são relacionados a temperatura do sistema simulado. Com a técnica, simulamos a variação da magnetização com a temperatura de um sistema ferromagnético ordenado de spin S = 3=2, com e sem campo externo aplicado, apresentando transições de fase de primeira e segunda ordem. No segundo trabalho, simulamos a dinâmica de um estado emaranhado em um sistema térmico através da RMN. Estudando a evolução temporal dos elementos da matriz densidade mostramos, a partir da concurrência calculada dos dados experimentais, que o fenômeno da morte súbita surge naturalmente em tais simulações por RMN. O efeito ocorre em num instante de tempo aproximadamente igual ao tempo de relaxação spin-spin, T2, o parâmetro temporal da RMN que mede o desaparecimento da magnetização nuclear transversal, diretamente relacionados às coerências de primeira ordem da matriz densidade.