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Realizzazione di un gas di elettroni bidimensionale all'interfaccia tra ossidi che mostra superconduttività e ferromagnetismo

07/12/2015

Struttura dell'interfaccia LaAlO3/EuTiO3/SrTiO3 e diagramma di fase
Struttura dell'interfaccia LaAlO3/EuTiO3/SrTiO3 e diagramma di fase

Una ricerca italiana pubblicata on-line il giorno 07 Dicembre 2015 sulla prestigiosa rivista Nature Materials dimostra per la prima volta la realizzazione di un gas di elettroni bidimensionale spin-polarizzato e superconduttivo controllabile mediante effetto di campo elettrico

Una ricerca italiana pubblicata on-line il giorno 07 Dicembre 2015 sulla prestigiosa rivista Nature Materials dimostra per la prima volta la realizzazione di un gas di elettroni bidimensionale spin-polarizzato e superconduttivo controllabile mediante effetto di campo elettrico. Questo studio, guidato da  ricercatori dell’Istituto CNR-SPIN di Napoli e dell’Universita “Federico II” di Napoli, è il risultato di una collaborazione internazionale con il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, il Sincrotrone Svizzero SLS (Villigen, Svizzera) l’EPFL (Losanna, Svizzera), e l’Oak Ridge National Laboratory (USA).

I gas di elettroni bidimensionali (2DEG), oggetto di questo studio, sono sistemi elettronici caratterizzati da un confinamento spaziale in due dimensioni (2D) all’interfaccia tra due materiali con proprietà diverse. Nel 2004, Ohtomo e Hwang scoprirono, con grande stupore della comunità scientifica, che l’interfaccia tra due dei piu’famosi isolanti di banda a larga gap appartenenti alla famiglia degli ossidi di metalli di transizione, il LaAlO3 e lo SrTiO3, si forma naturalmente un gas di elettroni ad alta mobilità elettronica che diventa persino superconduttore alle basse temperature (200 mK). Nel successivo decennio, il 2DEG che si forma alla interfaccia LaAlO3/SrTiO3 ha dimostrato di possedere proprietà estremamente intriganti, tra cui una superconduttività non convenzionale e la possibilità di ospitare simultaneamente un debole ordine magnetico e la superconduttività. Nello studio pubblicato online su Nature Materials  i ricercatori del CNR-SPIN hanno realizzato un gas di elettroni bidimensionale nuovo che possiede insieme alla caratteristica di essere superconduttivo, anche la    proprietà di essere polarizzato-in spin. Tale risultato è stato ottenuto inserendo due strati atomici del composto antiferromagnetico isolante EuTiO3 tra il LaAlO3 e lo SrTiO3 [vedi Figura]. L’eterostruttura che viene cosi’ realizzata presenta allo stesso tempo una transizione ferromagnetica ad una temperatura di 8 K e una transizione superconduttiva al di sotto di 150 mK. Realizzando un prototipo di dispositivo ad effetto di campo, i ricercatori hanno dimostrato che il grado di polarizzazione in spin e la temperatura critica superconduttiva possono essere entrambi controllati e modificati modulando la densità di elettroni del gas. In particolare, il sistema presenta un diagramma di fase complesso in cui la superconduttività emerge da uno stato normale ferromagnetico [vedi Figura].

Tale risultato ha importanti implicazione per le potenzialità di utilizzo degli ossidi correlati nel campo dell’elettronica con ossidi, come alternativa almeno in alcuni casi particolari per la tecnologia tradizionale a semiconduttore basata sul silicio e sui nuovi materiali 2D di interesse per la spintronica.  Link all'articolo: http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4491.html.

Per informazioni:
marco salluzzo
CNR - Istituto superconduttori, materiali innovativi e dispositivi
CNR-SPIN
Complesso MonteSantangelo via Cinthia 80126 Napoli
marco.salluzzo@spin.cnr.it
+39081676100
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+39081676100
Original Article:
Titolo: Tunable spin polarization and superconductivity in engineered oxide interfaces
RIVISTA: Nature Materials Advanced Online Publication 7 December (2015); doi:10.1038/nmat4491; url: http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4491.html
AUTORI: D. Stornaiuolo , C. Cantoni, G. M. De Luca, R. Di Capua, E. Di. Gennaro, G. Ghiringhelli, B. Jouault , D. Marrè , D. Massarotti, F. Miletto Granozio, I. Pallecchi, C. Piamonteze, S. Rusponi, F. Tafuri, and M. Salluzzo