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SUPERCONDUTTORI/ Dopo quella al silicio, sta arrivando l’elettronica con gli ossidi

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Superconduttore  Superconduttore

Altri studi mostravano che quando si interfaccia un superconduttore con un ferromagnete la sua temperatura critica viene fortemente abbassata. È proprio la presenza del ferromagnete a ordinare in qualche modo gli spin del rame e a determinare la diminuzione della temperatura. Ciò era stato visto per sistemi come l’YBCO – ossido di ittrio bario e rame, il primo composto scoperto come superconduttore ad alta Tc - abbinato a una manganite: sarebbe proprio questa, essendo fortemente ferromagnetica, a indurre il fenomeno nel legame rame, ossigeno, manganese. 

 

È quello che viene denominato “effetto prossimità”: di che si tratta? 

Sì. In realtà sapevamo che sul rame c’è già uno spin, perché l’avevamo visto, ma abbiamo cercato di considerare un aspetto più generale: anziché usare l’YBCO, abbiamo preso un composto di stronzio rame ossigeno in modo che, mettendo il ferromagnete, non si creava il legame diretto rame ossigeno manganese perché tra rame e manganese c’erano più strati che lo impedivano. Il nostro studio ha dimostrato che questo accoppiamento di tipo magnetico è indipendente dal legame diretto, cioè c’è sempre. 

 

Che tipo di esperimenti avete condotto?

Abbiamo fatto esperimenti utilizzando la luce di sincrotrone, che è quella radiazione emessa da un pacchetto di elettroni in moto a velocità relativistiche quando vengono deflessi dalla loro traiettoria rettilinea tramite un campo elettromagnetico esterno. Abbiamo applicato due tecniche: il bipolarismo magnetico circolare, che permette di conoscere in modo molto preciso l’ordine dello spin e del momento orbitale; e il bipolarismo lineare, che dà più informazioni esclusivamente sull’ordinamento orbitale dell’elemento che si sta investigando. Con queste tecniche siamo riusciti a vedere quale era la risposta magnetica sia sul rame che sul manganese. 

 

La vostra ricerca è frutto di una collaborazione più ampia: con chi avete lavorato? 

Nel nostro gruppo dell’Istituto SPIN del Cnr e del Dipartimento di Fisica della Federico II di Napoli anzitutto abbiamo collaborato col professor Giacomo Ghiringhelli del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, uno dei massimi esperti nelle misure con luce di sincrotrone. Per queste ci siamo rivolti a una delle principali facility operanti in Europa e cioè il Sincrotrone ESRF di Grenoble. Inoltre ci siamo avvalsi delle risorse dell’Università di Twente nei Paesi Bassi per la strumentazione di crescita dei campioni e del Laboratorio Nazionale di Oak Ridge negli Usa per la caratterizzazione microscopica con risoluzione atomica.

 

I materiali che avete impiegato sono potenzialmente utilizzabili per lo sviluppo dell’elettronica con gli ossidi (oxide electronics), cioè quella che punta a realizzare dispositivi elettronici, anziché con il silicio, con ossidi di metalli di transizione. È una prospettiva interessante: a che punto siamo? 

Con lo sviluppo dell’oxide electronic si cerca di superare le problematiche critiche legate al silicio; in particolare il fatto che col silicio non si riesce a scendere sotto un certo limite di miniaturizzazione dei dispositivi elettronici. Il nostro gruppo ad esempio ha scoperto che dei materiali come gli ossidi, anche appartenenti a una stessa classe ad esempio due isolanti o due antiferromagnetici -  quando sono accoppiati, all’interfaccia presentano proprietà nettamente diverse: addirittura del tipo che due isolanti all’interfaccia sono superconduttori. 

Quello che è interessante nell’oxide electronics è che si riesce a scendere a scale piccolissime, e l’idea è di riuscire a controllare al massimo queste interfacce per arrivare ad avere dispositivi più piccoli possibile, dell’ordine di grandezza quasi atomico.

Il cammino però è ancora arduo: la fisica delle interfacce è abbastanza complessa e sono necessari numerosi studi per capire bene come controllare le singolari proprietà che si determinano all’interfaccia.



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