dr. gabriella maria de luca researcher spin-institute
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Dr. Gabriella Maria De LucaResearcher 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 TRANSIZIONEGli 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 magneticoPressione
Forte interazione elettrone-elettroneElettroni molto localizzati
Cu content xT
empe
ratu
re [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 spinFormazione di bande e conduzione metallica degli elettroni
Ossidi innovativi per L’elettronicaOssidi innovativi per L’elettronica
Filtri a Filtri a microondmicroond
ee
Memorie
FeRam
Sensori Sensori magneticimagnetici
CircuitiSchermi
LCD
Memsattuatori
Magnetoresistenza Magnetoresistenza colossale LSMOcolossale LSMO
Superconduttori Superconduttori YBCOYBCO
Isteresi Isteresi PZT, BLTPZT, BLT Ossidi conduttivi Ossidi conduttivi
trasparenti trasparenti
Alta costanteAlta costante dielettrica- BSTdielettrica- BST
PiezoelettricitàPiezoelettricità
Film sottili – Film sottili – Ossidi di MetalloOssidi di Metallo
Memorie dinamiche (Gigabit)
40mm40mm 25mm25mm
Interfaccia Ossidi Metalli di TransizioniNOVEL FUNCTIONALITIES
NdBCO/SrTiONdBCO/SrTiO33 Superconduttore /IsolanteSuperconduttore /Isolante Transizione Superconduttore/Isolante
LaAlOLaAlO33/SrTiO/SrTiO33 Isolante/Isolante Conduttore , Superconduttore
BaCuOBaCuO22/CaCuO/CaCuO22 Isolante/Isolante Superconduttore ad Alta Tc
SrMnOSrMnO33/LaMnO/LaMnO33 Antiferromagnete/Antiferromagnete Ferromagnete
Interfaccia
Pr0.7Ca0.3MnO3/La0.7Sr0.3MnO3 SL, PLD-MODA
Layer by layer growthRHEED, LEED and in situ SPM
HEATER
Joule effect Evaporator
Magnetron sputtering gunDiode sputtering gun
Drain Source channel length L=25µmDrain Source channel width W=50 µm
Caratterizzazione Elettrica FET
Misura della carica insieme a misure di trasporto
Cosa vuol dire MultiferroicoCosa vuol dire Multiferroico
Multi-ferroic magnetoelectrics,H. Schmid, Ferroelectrics 162, 317
(1994)
Effetto MagnetoElettrico Effetto MagnetoElettrico (ME)(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 convenzionale favorita
da “d0- ness”.
Orbitali d parzialmente occupati.
ABO3
Ferroelettricità
Ferromagnetismo
Tesi: Daniele Preziosi
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 BiConfigurazione elettronica Bi3+3+=[Xe]4f=[Xe]4f14145d5d10106s6s2 2 6p6p00
a = 9.5323 A b = 5.6126 A c = 9.8535 A
= 110.667°
BiMnO3
Targ
et
Effetto della distanza target-substrato
distanza substratodistanza
Target-Substrate distance Effect
D=45mm D=40mm
D=30mm
BiMnO3+Mn3O4+ Bi2Ox(g)
BiMnO3 2dsinθ = nλ
In condizioni di crescita epitassiale nel piano ab si puo’ avere:
Compressive Strain
Tensile Strain
substrateafilmbulkasubstratea _
E’ stato dimostrato
che lo strain puo’
modificare la temperatura critica di fim molto sottili.
40 60
1
10
100
1000
10000
LaAlO3La
0.66Sr
0.33MnO
3
Inte
nsity
[a.u
.]
2
96 98 100 102 104 106 108 110 112 114
1
10
100
SrTiO3 La
0.66Sr
0.33MnO
3
Inte
nsity
[a.u
.]
2
Misure PFMMisure 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 superconductorsM. 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
SrTiO3
LaAlO3
photons
3d10LL
LHB
UHB
CT
EF
3d10
4s
2p states
ZR930 931 932 933 934 935 936
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.03d9
I ab [a
rb.u
nits]
Energy [eV]
3d9L
Cu1+
E//ab
933 934 935
0.5
1.0 3d9L
Zhang Rice
X-ray Absorption spectroscopy at Cu L2,3 edge
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
930 940 950
0
30
60
90
Inte
nsity
[arb
. uni
t.]
L3
L2
Energy [eV]
M. Salluzzo,G. 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)
X-ray Magnetic Circular Dichroism
z
zd
LL
LLLspin
d
LL
LLorb
ST
nd
ddm
nd
dm
27
11046
1034
3
3
23
233
23
23
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
XMCD at the Cu L2,3 edge
XMCD on cuprate thin films
Sum rules
0 40 80 120 160 200 240 280
0.00
0.01
0.02
msp
in,z[
B/a
tom
]
LCO
LSCO
Temperature [K]
YBCO
Studio interfacce superconduttive
Caratterizzazione strutturale e di trasporto di film epitassiali BiMnO3 e SrMnO3
salluzzo@na.infn.itgabriella.deluca@spin.cn
r.it
Implementazione della tecnica PFM per l’analisi di materiali multiferroici
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