Diapositiva 1 - Dipartimento di Fisica
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Gli elettroni elettroni si attraggono: Gli si respingono respingono…eesisiattraggono: Magnetismoeesuperconduttività Superconduttività nella magnetismo nella materia materia Pietro Carretta http://nmrphysics.unipv.it Incontro del Martedì 4 Aprile 2017 Gli elettroni elettroni si attraggono: Gli si respingono respingono…eesisiattraggono: Magnetismoeesuperconduttività Superconduttività nella magnetismo nella materia materia Forza di Coulomb e momenti magnetici Charles-Augustin de Coulomb S=1/2 s= -2BS ms=+1/2 ms=-1/2 Principio di esclusione di Pauli ”Due elettroni non possono occupare simultaneamente lo stesso stato” r Repulsione Coulombiana maggiore r Wolfgang Pauli Repulsione Coulombiana minore r Ferromagnetismo e antiferromagnetismo Repulsione Coulombiana + Principio di Pauli Interazione di scambio Magnetismo Magnetismo 30 nm Eccitazioni di spin Spintronica 5 nm 1 nm Nanomagnetismo Nuove fasi magnetiche Fasi di spin: cristalli, liquidi, vetri di spin Solidi Cristallini Liquidi Solidi Amorfi - Vetri FM AF Liquido di spin con interazioni competitive: Magneti Frustrati AF AF AF P.W.Anderson Mater.Res.Bull.8, 153 (1973) |RVB>=all pairs |S=0> Ghiaccio di Spin Ice rule: 2 in – 2 out Entropia Residua del Ghiaccio di Spin W=(3/2)N/2 S=kBlnW Linus Pauling S0=(NkB/2)ln(3/2) A.P.Ramirez et al., Nature. 399, 333 (1999) 2DTransizione BKT: KT Nobel 2016 Vortex B Antivortex C - + J.M.Kosterlitz D.J.Thouless V.L.Berezinskii A C D D 2DXY A B Applicazioni dei magneti 0D Nanomagneti (0D) come bits S=10 ground-state m=0 E Fe8 ΔE magnetization m=-10 Bit 1 m=10 Write 0 |>= a|m=10> + b|m=-10> Nanomagneti di Lantanidi TbPc2 ±1 0 ±5 E880 K MJ=±6 Fluttuazioni di spin sondate con nuclei o muoni SR NMR Tunneling regime Activated regime ΔE ≈ 880 K ±1 0 ±5 E880 K MJ=±6 Gli elettroni si attraggono Formazione dinamica di coppie di elettroni (Coppie di Cooper) Superconduttività Resistenza Nulla! HH Hg H.Kamerlingh Onnes Superconduttività dal 1911 ad oggi 200 H2S@155 GPa Tc (K) HgBaCaCuO @ 30 GPa 150 TlBaCaCuO HgTlBaCaCuO BiSrCaCuO HgBaCaCuO 100 Night on the Moon YBaCuO Liquid Nitrogen FeSe thin film 50 MgB2 LaBaCuO 30 Nb3Ge 20 NbN Nb3Sn K3C60 V3Si 10 Ba122-FeSC Rb3C60 BKBO YbPd2B2C PuCoGa5 Hg 0 1900 1920 1940 CeCu2Si2 UBe13 1970 1980 UPt3 UPd2Al3 1990 Year Liquid Hydrogen CaC6 Pb Nb Sm1111-FeSC CeCoIn5 2000 2010 Liquid Helium 2020 H2S superconductivity A.P.Drozdov et al.,Nature 525, 73 (2015) Superconduttività Superconduttori Convenzionali EF>>ħD Superconduttori a base di Cu e Fe UC EF J ħD Superconduttori ad alta Tc a base di Cu B.Keimer et al., Nature. 518, 179 (2015) charge doping Magnetismo e Superconduttività competono Magnetismo e Superconduttività Coesistono Superconduttività indotta dal magnetismo… Accoppiamento fononico (vibrazioni reticolari) Superconduttori convenzionali Accoppiamento magnetico (eccitazioni di spin) Superconduttori a base di Cu e Fe Effetto Meissner Campo Magnetico Espulso dal Superconduttore Superconduttore “espulso dal campo magnetico” Walther Meissner Levitazione Magnetica Effetto Meissner PESO Reticolo di linee di flusso:H>Hc1 NbSe2 (STM) H.F.Hess et al., Phys. Rev. Lett. 62, 214 (1989) Reticolo di linee di flusso Distribuzione di campi sondata con la SR Bext Bext Diagramma di fase dell’Acqua Diagramma di fase divortex un Superconduttore Melting of the lattice high-T c type superconductor normal phase magnetic induction B Bm(T) Bc (T) 2 vortex liquid phase vortex solid phase Bc (T) 1 Meissner phase temperature T Tc Fusione del reticolo di linee di flusso 30 Lee et al., Phys. Rev. Lett. 71, 3862 (1993) (a) 5.2mT 5.0K 20 p (B) 10 0 (b) 45.4mT 63.8K 54.0K 40 20 0 -5 0 Bint - oHext (mT) 5 Bi2.15Sr1.85CaCu2O8+ Moto dei flussoni: resistività non nulla Dove studiare Magnetismo e Superconduttività ? Dipartimento di Fisica: NMR, NQR, Magnetometria SQUID SR: in giro per il mondo SR LSF di ISIS at RAL SR LSF di ISIS at RAL MUSR EMU Low-energy (keV) muons at PSI A.Hofmann et al., ACS Nano. 6, 8390 (2012) Really low-energy muons !!!
