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  Ricerche

 
 

[ Università Cattolica ]
[ Dipartimento di
Matematica e Fisica
]
[ Matematici a Brescia ]
[ INFM ]
 

Fotoemissione in materiali a forte correlazione elettronica

(Luigi Sangaletti)

I sistemi correlati sono materiali che presentano una forte interazione elettrone-elettrone e la tendenza a localizzare gli elettroni sugli ioni, riducendo in modo significativo le fluttuazioni di carica tra i siti reticolari. Possono essere classificati tra i sistemi correlati molti materiali magnetici, materiali che presentano una valenza mista, effetti di ordinamento della carica e degli orbitali o transizioni metallo-isolante. Tra i materiali più studiati vi sono i superconduttori ad alta temperatura di transizione e gli ossidi loro precursori, i manganati, i fermioni pesanti, gli isolanti di Mott-hubbard, gli isolanti di "charge transfer" e i fullereni. Caratteristica comune a questi sistemi è che una volta drogati con opportuni ioni possono cambiare in modo drammatico le loro proprietà ottiche, magnetiche e di trasporto. In virtù del processo di drogaggio si possono, ad esempio, osservare transizioni allo stato superconduttore od ordinamenti magnetici, spesso accompagnati da transizioni di tipo strutturale. Tali proprietà possono variare anche in funzione della forma sotto cui essi vengono prodotti, soprattutto quando sono cresciuti in strati ultrasottili per ottenere effetti di confinamento della carica e accoppiati tra loro per realizzare dispositivi come le valvole di spin. Pertanto il loro interesse applicativo è enorme e coinvolge la ricerca più avanzata soprattutto nei campi della magnetoelettronica e dell'optoelettronica. La linea di ricerca sperimentale sui sistemi correlati è focalizzata sullo studio delle loro proprietà elettroniche. Una delle principali tecniche di analisi di questi sistemi é la spettroscopia di fotoemissione da sorgenti di laboratorio o di sincrotrone. Infatti la fotoemissione ad alta risoluzione dei livelli profondi e quella risonante della banda di valenza di materiali a forte correlazione elettronica consentono di valutare la natura delle correlazioni elettroniche in tali composti e di tracciarne una mappatura al variare della temperatura o del livello di drogaggio. In particolare, la fotoemissione risonante seleziona proprio quelle strutture spettrali che hanno origine dagli effetti di correlazione elettronica. Inoltre lo studio dei livelli profondi dei metalli di transizione e delle terre rare può dare informazioni sulle proprietà magnetiche del materiale, oltre che sull'intorno chimico dell'atomo fotoemettitore, soprattutto nel caso in cui si eseguano misure di diffrazione dei fotoelettroni.

Questa ricerca è condotta in collaborazione con: A. Goldoni (Sincrotrone Trieste), C. Kim, Z-X. Shen, Stanford University, R. Tommasini e G. Cautero (Sincrotrone Trieste)



Effetti atomici e "many-body" nella spettroscopia di fotoemissione (Progetto PAIS-INFM "AMBO")

(Luigi Sangaletti)

Il problema di una corretta interpretazione degli spettri di fotoemissione di composti di metalli di transizione a shell aperta presenta ancora diverse questioni non risolte che coinvolgono sia aspetti di fisica atomica che di fisica degli stati condensati. Negli spettri di fotoemissione, i materiali a forte correlazione elettronica manifestano le loro peculiari proprietà attraverso la comparsa di strutture satellite. L'analisi di queste strutture richiede modelli adeguati che vadano oltre l'approssimazione di singolo elettrone e tengano conto, in un approccio di interazione configurazionale, delle interazioni a molti corpi. In particolare, è stata messa in evidenza recentemente l'importanza di un corretto trattamento degli effetti relativistici. La linea di ricerca in questione si articola su un duplice piano, sperimentale e teorico. A tal fine, ci si è dotati di una strumentazione (sorgente monocromatizzata di fotoni X e rivelatore di fotoelettroni del tipo micro-channel plate) che consenta di acquisire dati con la risoluzione sufficiente per evidenziare la struttura fine degli spettri di fotoemissione. Sul versante teorico, le problematiche a livello di fisica atomica possono essere affrontate, in un approccio di interazione configurazionale, con codici di calcolo relativistici che consentano una trattazione adeguata dell'accoppiamento spin-orbita. Il problema di formulare una trattazione consistente degli effetti a molti corpi in composti di metalli di transizione è stato finora affrontato per materiali in "bulk", che, dal punto di vista sperimentale, sono idealmente descritti dai cristalli singoli. Sviluppi significativi dal punto di vista della fisica di tali materiali sono attesi dallo studio delle correlazioni elettroniche in sistemi artificiali quali gli strati ultrasottili di ossidi su metallo o le nanostrutture. In tali sistemi, gli effetti di confinamento spaziale indotti dalla interfaccia metallo-ossido o dalla nanostruttura possono modificare le proprietà elettroniche di bulk e quindi le correlazioni elettroniche degli elettroni in banda di valenza, cioè di quegli elettroni che più influenzano le proprietà termodinamiche, ottiche e di trasporto dei materiali.

Questa ricerca è condotta in collaborazione con: Paul S. Bagus, Texas A&M University; Ria Broer, University of Groeningen, NL; Franca. Manghi e Carlo Rozzi, Università di Modena.