Descrizione del modulo "Realizzazione e studio di materiali con forti correlazioni di spin, carica ed orbitale (MD.P04.025.001)"

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  • Descrizione del modulo "Realizzazione e studio di materiali con forti correlazioni di spin, carica ed orbitale (MD.P04.025.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
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Tematiche di ricerca
  • • Realizzazione di cristalli singoli con la tecnica delle zone flottanti e da flusso di ossidi basati su metalli di transizione che presentano ordinamento magnetico e/o elettrico. • Analisi di campioni allo stato solido tramite tecniche di microscopia elettronica a scansione, diffrazione elettronica e a raggi X in alta risoluzione e mediante tecniche composizionali basate su microsonda elettronica. • Studio di sistemi elettronici fortemente correlati tramite il metodo degli operatori compositi ed altri approcci a molti corpi. • Studio di diagrammi di fase complessi e delle eccitazioni in sistemi con interazioni competitive tra carica-spin-orbitale-reticolo. • Analisi teorica dello scattering anelastico risonante da raggi X. • Studio della coesistenza dell'ordine magnetico a lungo range con altri tipi di ordinamento (e.g. superconduttività non convenzionale) in sistemi ibridi artificiali ed in strutture intrinseche naturali. (literal)
Competenze
  • L'attività del modulo si avvale di competenze sperimentali e teoriche nell'ambito dello studio dei sistemi che mostrano fenomeni cooperativi in materiali avanzati. Gli ambiti dove le competenze sperimentali possono essere considerate di rilievo sono la crescita di cristalli singoli e di materiali massivi. Competenze rilevanti si possono riscontrare anche per quel che riguarda le caratterizzazioni strutturali, morfologiche e composizionali e le proprietà di trasporto in ambiente criogenico ed in presenza di campi magnetici. Ci si potrà avvalere di ricercatori di consolidata esperienza sia nel campo dell'indagine delle proprietà fisiche di materiali e sistemi artificiali con coesistenza e/o prossimità di stati in competizione con correlazioni a lungo raggio che in quello dell'analisi di sistemi quantistici correlati in presenza di forte interazione tra i gradi di libertà di carica, spin, orbitale e reticolare. Gli stessi sono anche dediti allo sviluppo ed all'applicazione di tecniche ab-initio, approcci a molti-corpi e tecniche di simulazione numerica per lo studio delle proprietà spettroscopiche di sistemi fisici a bassa dimensionalità. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Pur essendo un modulo prevalentemente focalizzato su aspetti di fisica di base, molte delle attività di ricerca sviluppate hanno impieghi potenziali in diversi ambiti, dai dispositivi elettronici ad alte prestazioni alle applicazioni di potenza sia nel campo dei superconduttori che in quello dei materiali magnetici nonché in quello delle applicazioni ibride superconduttività/magnetismo. Inoltre, aspetti connessi con fenomeni di ordinamento magnetico non usuali quali il meta-magnetismo possono avere interessanti sviluppi in processi produttivi. (literal)
Tecnologie
  • Tecnologie per la crescita di cristalli singoli mediante la tecnica delle zone flottanti mediante l'utilizzazione di forni ad immagine basati sulla radiazione infrarossa focalizzata. Tecnologie per la crescita di cristalli con la tecnica del flusso. Tecnologie di crescita di strutture multistrato per la realizzazione di dispositivi. Modellizzazione teorica mediante tecniche ab-initio, di approcci a molti corpi, tecniche di indagine analitiche e numeriche nell'ambito dei sistemi a forte correlazione. (literal)
Obiettivi
  • Contribuire significativamente a livello internazionale alla comprensione dei meccanismi alla base della coesistenza superconduttività e ordinamento magnetico (ferromagnetismo, antiferromagnetismo, metamagnetismo). Contribuire a migliorare il livello della comunità scientifica italiana nell'ambito dei materiali innovativi realizzati come cristalli singoli e in forma di multistrati nonché come sistemi ibridi e rendere, inoltre, questi risultati disponibili alla comunità nazionale. Partecipare all'avanzamento della conoscenza nell'ambito della fisica della materia ed in particolare dei sistemi ad elettroni correlati. (literal)
Stato dell'arte
  • Lo studio delle proprietà non convenzionali di sistemi complessi quali perovskiti, ossidi e multistrati artificiali e naturali sono problemi ancora aperti a causa della presenza di interazioni e/o scale di energia in competizione. Le indagini dei meccanismi alla base delle loro anomale proprietà elettroniche e magnetiche sono oggetto di un crescente interesse nella comunità scientifica internazionale come testimoniato dalla notevole quantità di lavori scientifici pubblicati in riviste ad alto impatto e dalle numerose conferenze internazionali che si tengono ogni anno sull'argomento. Recentemente, si è riscontrata una notevole attenzione verso fenomeni che coinvolgono interfacce sia di tipo naturale che di tipo artificiale. E' stato dimostrato che proprietà fisiche inaspettate si possono rivelare all'interfaccia tra materiali diversi. Ciò è attribuito alla possibilità che gli strati adiacenti hanno di scambiarsi eccitazioni legate ai gradi di libertà di carica, di spin, orbitali e reticolari e alla possibilità che diversi fenomeni fisici, come ad esempio la superconduttività e l'ordinamento magnetico, possano interagire e generare comportamenti altamente non convenzionali. (literal)
Tecniche di indagine
  • Tecniche di diffrazione X in alta risoluzione come prerequisito per le analisi di campioni massivi e film sottili mediante sorgenti X ottenute presso facilities dotate di luce di sincrotrone; spettroscopie di assorbimento, emissione e scattering risonante di raggi X, fotoemissione risolta in angolo (Elettra, ESRF, Bessy) in combinazione con misure strutturali provenienti da elettroni retro diffusi da fascio elettronico (EBSD); microscopia elettronica a scansione associata con tecniche di analisi composizionale e misure di trasporto a temperatura ambiente mediante l'uso di nanomanipolatori; tecniche di indagine a campi magnetici medio bassi in combinazione con alti campi magnetici generati presso grandi infrastrutture (CNRS-Grenoble) e con sorgenti di neutroni (ILL-Grenoble). Tecniche ab-initio, approcci a molti-corpi (metodo del campo medio generalizzato, metodo slave-boson, DMFT), tecniche di simulazione numerica (diagonalizzazione esatta, Lanczos). (literal)
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