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Dr. Gabriella Maria De Luca Researcher SPIN-Institute. Crescita e caratterizzazione strutturale di film epitassiali di sistemi a forti correlazioni elettroniche.

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1 Dr. Gabriella Maria De Luca Researcher SPIN-Institute. Crescita e caratterizzazione strutturale di film epitassiali di sistemi a forti correlazioni elettroniche di interesse per lelettronica avanzata CNR-SPIN Dr. M. Salluzzo Researcher Prof. R. Vaglio Director

2 OSSIDI METALLI DI TRANSIZIONE Gli ossidi metalli di transizione rappresentano una classe di materiali di enorme interesse nell'ambito della moderna fisica dello stato solido. Essi sono caratterizati da particolarissime proprietà fisiche, spesso legata alla presenza di forti correlazioni elettroniche. cariche orbitalespin Campo elettrico Campo magnetico Pressione Forte interazione elettrone-elettrone Elettroni molto localizzati

3 Cu content x Temperature [K]

4 In base all'effetto Jahn-Teller (o distorsione Jahn-Teller) ogni molecola non lineare con uno stato elettronico fondamentale degenere subisce una distorsione geometrica che rimuove la degenerazione Interazione magnetica degli spin Formazione di bande e conduzione metallica degli elettroni

5 Ossidi innovativi per Lelettronica Filtri a microonde Memorie FeRam Sensori magnetici Circuiti Schermi LCD Mems attuatori Magnetoresistenza colossale LSMO SuperconduttoriYBCO Isteresi PZT, BLT Ossidi conduttivi trasparenti Alta costante dielettrica- BST dielettrica- BST Piezoelettricità Film sottili – Ossidi di Metallo Memorie dinamiche (Gigabit) 40mm 25mm

6 Interfaccia Ossidi Metalli di Transizioni NOVEL FUNCTIONALITIES NdBCO/SrTiO 3 Superconduttore /Isolante Transizione Superconduttore/Isolante LaAlO 3 /SrTiO 3 Isolante/IsolanteConduttore, Superconduttore BaCuO 2 /CaCuO 2 Isolante/IsolanteSuperconduttore ad Alta T c SrMnO 3 /LaMnO 3 Antiferromagnete/AntiferromagneteFerromagnete Interfaccia Pr 0.7 Ca 0.3 MnO 3 /La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 SL, PLD-MODA Layer by layer growth RHEED, LEED and in situ SPM

7 HEATER Joule effect Evaporator Magnetron sputtering gun Diode sputtering gun Drain Source channel length L=25µm Drain Source channel width W=50 µm

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9 Caratterizzazione Elettrica FET Misura della carica insieme a misure di trasporto

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11 Cosa vuol dire Multiferroico Multi-ferroic magnetoelectrics, H. Schmid, Ferroelectrics 162, 317 (1994)

12 Effetto MagnetoElettrico (ME) L'effetto ME è caratterizzato dalla comparsa di una P grazie ad un campo magnetico B e viceversa, di una M grazie ad un campo elettrico E.

13 La chimica che promuove una funzionalità spesso ne proibisce un'altra. Ferroelettricità convenzionale favorita da d 0 - ness. Orbitali d parzialmente occupati. ABO3ABO3 Ferroelettricità Ferromagnetismo Tesi: Daniele Preziosi

14 L'ossido perovskite sino ad allora conosciuto, con Bi 3+ come componente, era il BiFeO 3. AFM sotto 370 K e FE sotto 840 K. Configurazione elettronica Bi 3+ =[Xe]4f 14 5d 10 6s 2 6p 0 Configurazione elettronica Bi 3+ =[Xe]4f 14 5d 10 6s 2 6p 0 a = A b = A c = A = ° BiMnO 3

15 Target Effetto della distanza target-substrato distanzasubstrato distanza

16 Target-Substrate distance Effect D=45mm D=40mm D=30mm BiMnO 3 +Mn 3 O 4 + Bi 2 O x (g) BiMnO 3 2dsinθ = nλ

17 In condizioni di crescita epitassiale nel piano ab si puo avere: Compressive Strain Tensile Strain E stato dimostrato che lo strain puo modificare la temperatura critica di fim molto sottili.

18 Misure PFM Il metodo è basato sulla rivelazione delle vibrazioni elettromeccaniche locali del campione causate da una tensione alternata.

19 Luce di Sincrotrone Weak magnetism in insulating and superconducting cuprates G. M. De Luca, G. Ghiringhelli, M. Moretti Sala, S. Di Matteo, M. W. Haverkort, H. Berger, V. Bisogni, J. C. Cezar, N. B. Brookes, and M. Salluzzo Phys. Rev. B 82, (2010) (Editors suggestion) Intense paramagnon excitations in a large family of high-termperature superconductors M. Le Tacon, G. Ghiringhelli, J. Chaloupka, M. Moretti Sala, V. Hinkov, M.W. Haverkort, M. Minola, M. Bakr, K. J. Zhou, S. Blanco-Canosa, C. Monney, Y. T. Song, G. L. Sun, C. T. Lin, G. M. De Luca, M. Salluzzo, G. Khaliullin, T. Schmitt, L. Braicovich and B. Keimer Nature Phys 7, 725–730 (2011).

20 Physical phenomena at metal transition oxides heterostructures SrTiO 3 LaAlO 3 photons

21 L 3d 10 L LHB UHB CT EFEF 3d 10 4s 2p states ZR X-ray Absorption spectroscopy at Cu L 2,3 edge In cuprates Cu-O hybridization creates ZR single where Cu is in the virtual Cu 3+ state. A ligand hole produces another feature due to 2p 6 3d 9 c2p 5 3d 10 L M. Salluzzo,G. Ghiringhelli, N. B. Brookes, G. M. De Luca, F. Fracassi, and R. Vaglio Phys. Rev. B 75, (2007) M. Salluzzo, G. Ghiringhelli, J. C. Cezar, N. B. Brookes, G. M. DeLuca, F. Fracassi, and R. Vaglio Phys Rev Lett. 100, (2008)

22 X-ray Magnetic Circular Dichroism Both orbital and spin magnetic components along the field can be obtained (with chemical and orbital sensitivity) from the circular dichroic XAS. a b c x-ray + - SUM RULES B TEY and FY configuration

23 XMCD at the Cu L 2,3 edge XMCD on cuprate thin films Sum rules

24 Studio interfacce superconduttive Caratterizzazione strutturale e di trasporto di film epitassiali BiMnO 3 e SrMnO 3 Implementazione della tecnica PFM per lanalisi di materiali multiferroici


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