• CuTPP
• Low temperature
• Molecular spins
• Quantum sensing
• VOTPP

Questo lavoro si concentra sull'uso di magneti molecolari per il quantum sensing di campi magnetici. Un sensore quantistico è in grado di sfruttare una proprietà quantistica, come la coerenza o l'entanglement, per migliorare la sua sensibilità rispetto alle controparti classiche.
Più in dettaglio, un sensore quantistico basato su spin richiede specifici protocolli (sequenze pulsate di microonde e/o radiofrequenze) per funzionare, per consentire l'interazione con un campo magnetico esterno e per la lettura del suo stato finale. Queste sequenze devono essere sviluppate e adattate prendendo in considerazione le caratteristiche del sensore.
In questa tesi, ensemble di spin molecolari composti da VOTPP (Oxovanadyl Tetraphenyl Porphyrin) e CuTPP (Copper Tetraphenyl Porphyrin) sono studiate come sensori quantistici per campi magnetici in AC e DC. I protocolli per l'utilizzo e il test di questi sensori sono basati sulle sequenze di Hahn e di oscillazioni di Rabi. La generazione degli impulsi a microonde e la lettura del segnale in uscita sono effettuati con un setup eterodino, che consente sia la generazione di un eco di spin coerente sia il suo monitoraggio durante gli esperimenti. Il campo di prova per il quantum sensing è generato tramite l'uso di bobine cilindriche costruite e progettate appositamente prima dell'uso.

This work focuses on the use of molecular magnets for the quantum sensing of magnetic fields. A quantum sensor exploits quantum properties, such as coherence or entanglement, to improve its sensitivity with respect to classical counterparts. More in detail, a spin-based quantum sensor requires specific protocols (microwave and/or radiofrequency pulsed sequences) to run it, to allow for the interaction with an external magnetic field and for reading out its final state. These sequences need to be developed and tailored by taking into account the characteristics of the sensor. In this thesis, molecular spin ensembles made of Oxovanadyl Tetraphenyl Porphyrin (VOTPP) and Copper Tetraphenyl Porphyrin (CuTPP) are studied as quantum sensors for AC and DC magnetic fields. The protocols for running and testing these sensors are based on the Hahn echo sequence and on the Rabi oscillation sequence. The generation of the microwave pulses and the readout of the output signal are done with an heterodyne setup, which allows for both the generation of a coherent spin echo and for its monitoring during experiments. The test field used for quantum sensing is delivered through custom built cylindrical coils which have been purposely developed and calibrated before use.