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 !!!
