Details

Тема выпускной квалификационной работы: «Особенности динамической поляризации ядер As и P в кремнии». Данная работа посвящена количественному сопоставлению результатов проведённого в 2017 году эксперимента и теоретического расчёта, который представлен ниже. Для этого требовалось разработать теоретическую и численную модели, способные описать эксперимент, подобрать ключевые параметры, описывающие наблюдавшиеся эффект Оверхаузера и солид-эффект, являющиеся механизмами динамической ядерной поляризации (ДПЯ) в образце кремния, легированном мышьяком, Si:As; после чего оценить примерное время кросс-релаксационных переходов в рамках каждого из обозначенных механизмов ДПЯ. При составлении теоретического расчёта были построены системы кинетических уравнений, описывающие изменение числа примесей с определённым набором проекций ядерного и электронного спинов, с помощью которых были получены уравнения, описывающие процессы, возникающие в образце в связи с вынужденными переходами в образце с течением времени. Времена кросс-релаксационных переходов в образце Si:As оказались равны примерно 10 с как для солид-эффекта, так и для эффекта Оверхаузера. Предполагается, что данная работа поможет в развитии квантовых вычислений и в медицине, например, при анализе биологических структур или для улучшения уже существующих аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ).

This work is devoted to the quantitative comparison of the results of the experiment conducted in 2017 and the theoretical calculation, which is presented below. To do this, it was necessary to develop theoretical and numerical models capable of describing the experiment, to select key parameters describing the observed Overhauser effect and solid effect, which are mechanisms of dynamic nuclear polarization (DNP) in an arsenic-doped silicon sample, Si:As; after which, estimate the approximate time of cross-relaxation transitions within each of the designated DNP mechanisms. When compiling the theoretical calculation, systems of kinetic equations were constructed describing the change in the number of impurities with a certain set of projections of nuclear and electron spins, with the help of which equations were obtained describing the processes occurring in the sample due to forced transitions in the sample over time. The times of cross-relaxation transitions in the Si:As turned out to be approximately 10 s for both the solid effect and the Overhauser effect. It is assumed that this work may be helpful in the development of quantum computing and in medicine, for example, in the analysis of biological structures or to improve existing magnetic resonance imaging (MRI) devices.