Fisica10nov

Dr. Gabriella Maria De Luca
Researcher SPIN-Institute.
Crescita e caratterizzazione strutturale di
film
epitassiali
di
sistemi
a
forti
correlazioni elettroniche di interesse per
l’elettronica avanzata
CNR-SPIN
Dr. M. Salluzzo Researcher
Prof. R. Vaglio Director
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.
Forte interazione elettrone-elettrone
Elettroni molto localizzati
Campo elettrico
cariche
Pressione
Campo magnetico
spin
orbitale
Cu content x
Temperature [K]
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
Ossidi innovativi per L’elettronica
40mm
Filtri a
microonde
Sensori
magnetici
25mm
Superconduttori
YBCO
Memorie
FeRam
Isteresi
PZT, BLT
Film sottili –
Ossidi di Metallo
Alta costante
dielettrica- BST
Memorie
dinamiche
(Gigabit)
Magnetoresistenza
colossale LSMO
Ossidi conduttivi
trasparenti
Piezoelettricità
Mems
attuatori
Circuiti
Schermi
LCD
Interfaccia Ossidi Metalli di Transizioni
NOVEL FUNCTIONALITIES
Pr0.7Ca0.3MnO3/La0.7Sr0.3MnO3 SL, PLD-MODA
Interfaccia
Layer by layer growth
RHEED, LEED and in situ SPM
SrMnO3/LaMnO3
Antiferromagnete/Antiferromagnete
BaCuO2/CaCuO2
Isolante/Isolante
LaAlO3/SrTiO3
NdBCO/SrTiO3
Isolante/Isolante
Superconduttore /Isolante
Ferromagnete
Superconduttore ad Alta Tc
Conduttore , Superconduttore
Transizione
Superconduttore/Isolante
Diode sputtering gun
Magnetron sputtering gun
Drain Source channel length L=25µm
Drain Source channel width W=50 µm
HEATER
Joule effect Evaporator
Caratterizzazione Elettrica FET
Misura della carica insieme a misure di
trasporto
Cosa vuol dire Multiferroico
Multi-ferroic magnetoelectrics,
H. Schmid, Ferroelectrics 162, 317 (1994)
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.
La chimica che promuove una funzionalità
spesso ne proibisce un'altra.
Ferroelettricità
Ferromagnetismo
ABO3
Ferroelettricità
convenzionale favorita
da “d0- ness”.
Tesi: Daniele Preziosi
Orbitali d parzialmente
occupati.
BiMnO3
a = 9.5323 A
b = 5.6126 A
c = 9.8535 A
b = 110.667°
L'ossido perovskite sino ad allora conosciuto, con
Bi3+ come componente, era il BiFeO3. AFM sotto
370 K e FE sotto 840 K.
Configurazione elettronica Bi3+=[Xe]4f145d106s2 6p0
Target
Effetto della distanza target-substrato
distanza
distanza
substrato
Target-Substrate distance Effect
BiMnO3+Mn3O4+ Bi2Ox(g)
D=45mm
D=40mm
D=30mm
BiMnO3
2dsinθ = nλ
a
a
substrate bulk _ film

a
substrate
In condizioni di crescita epitassiale nel
piano ab si puo’ avere:
Tensile Strain
10000
LaAlO3
Intensity [a.u.]
La0.66Sr0.33MnO3
1000
100
10
1
40
60
2
Intensity [a.u.]
SrTiO3
La0.66Sr0.33MnO3
100
10
1
96
98
100
102
104
106
2
108
110
112
114
E’ stato
dimostrato
che lo strain
puo’
modificare la
temperatura
critica di fim
molto sottili.
Compressive Strain
Misure PFM
Il metodo è basato sulla rivelazione delle vibrazioni
elettromeccaniche locali del campione causate da una
tensione alternata.
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, 14504 (2010) (Editor’s 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).
Physical phenomena at metal
transition oxides heterostructures
LaAlO3
photons
SrTiO3
X-ray Absorption spectroscopy at Cu
L2,3 edge
ab
Intensity
[arb. unit.]
4s
I
[arb.units]
5.0
3d
90 E//ab
4.0
9
Zhang Rice
1.0
L3
9
3d L
UHB
60
3.0
0.5
2.030
1.0
0.0
L2
933
0
1+
934 Cu 935
9
930
930
940
931
932
3d L
3d10L
950
933
934[eV]935
Energy
ZR
3d10
EF
936
Energy [eV]
CT
Ghiringhelli, N. B. Brookes, G. M. De Luca, F. Fracassi, and R. Vaglio Phys. Rev.
B 75, 054519 (2007)
M. Salluzzo, G. Ghiringhelli, J. C. Cezar, N. B. Brookes, G. M. DeLuca, F. Fracassi, and R. Vaglio
Phys Rev Lett. 100, 056810 (2008)
LHB
M. Salluzzo,G.
2p states
In cuprates Cu-O hybridization creates ZR single where Cu is
in the virtual Cu3+ state. A ligand hole produces another
feature due to 2p63d9→ c2p53d10L
X-ray Magnetic Circular Dichroism
+
x-ray
B
a
b
Both orbital and spin magnetic components along the
field can be obtained (with chemical and orbital
sensitivity) from the circular dichroic XAS.
TEY and FY
configuration
90
c
4
morb  
3


L3  L2
L3  L2
mspin  
     d
     d
6      d  4 
L3  L2
L3

L3  L2
SUM RULES
10  n3d 
     d
     d

10  n3d 1 

7 Tz 

2 S z 
XMCD on cuprate thin films
XMCD at the Cu L2,3 edge
mspin,z[B/atom]
Sum rules
0.02
LCO
0.01
YBCO
LSCO
0.00
0
40
80
120
160
200
240
Temperature [K]
280
[email protected]
[email protected]
Caratterizzazione strutturale e di trasporto di film
epitassiali BiMnO3 e SrMnO3
Studio interfacce superconduttive
Implementazione della tecnica PFM per l’analisi di materiali
multiferroici