Una Ricerca italiana pubblicata il 24 Novembre 2014 sulla prestigiosa rivista Nature Communications (http://www.nature.com/ncomms/2014/141124/ncomms6626/full/ncomms6626.html), rivela i dettagli del fenomeno di competizione tra superconduttivita e magnetismo in ossidi a forte correlazione elettronica. Questo studio, guidato da ricercatori dell’Istituto CNR-SPIN di Napoli, e’ il risultato di una collaborazione internazionale tra il CNR, il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e dell’Universita di Napoli, il Sincrotrone Europeo in Grenoble (ESRF, France), l’ Universita di Twente (Netherlands) e gli Oak Ridge National Laboratory (USA)

I superconduttori sono materiali in grado di trasportare elevate correnti elettriche senza dissipazione di energia e di espellere le linee di campo magnetico generate da una bobina o da un materiale magnetico (Effetto Meissner) a temperature inferiori alla temperatura critica superconduttiva (Tc). Quando un materiale magnetico e’ in contatto con un superconduttore, la Tc e’ fortemente depressa entro una distanza dall’interfaccia superconduttore/materiale-magnetico dell’ordine della lunghezza di coerenza a causa dell’effetto prossimita. Questo fenomeno e’ ben studiato e compreso nel caso dei superconduttori a bassa Tc anche a livello microscopico, ed e’ una manifestazione della competizione tra magnetismo e superconduttivita. Tuttavia, l’effetto prossimita all’interfaccia tra ossidi correlati superconduttori ha una fenomenologia diversa. Il caso piu’ studiato e’ quello delle interfacce epitassiali che si ottengono in multistrati artificiali che alternano superconduttori ad alta Tc della famiglia dei cuprati (HTS) e strati ferromagnetici della famiglia delle manganiti. In primo luogo, la superconduttivita negli HTS e’ fondamentalmente un fenomeno bidimensionale, e’ quindi non influenzato in linea di principio da strati atomici primi vicini, almeno in linea di principio. Inoltre la lunghezza di coerenza superconduttiva, nella direzione perpendicolare ai piani, e’ meno di una cella elementare, 1-2 nm, per cui l’effetto prossimita convenzionale, nel caso di multistrati in cui le interfacce Superconduttore/Ferromagnete sono parallele ai piani CuO2 in cui la superconduttivita risiede, non dovrebbe produrre alcune effetto macroscopico sulle proprieta superconduttive. L’evidenza sperimentale invece e’ opposta, suggerendo distanze sulle quali in fenomeno si propaga molto maggiori della lunghezza di coerenza.
Utilizzando tecniche avanzate di spettroscopia a raggi-X, tecniche di microscopia elettronica in trasmissione con risoluzione atomica., di crescita avanzata per ablazione laser e modelli teorici ab-initio, il team di ricerca ha dimostrato che all’interfaccia tra un cuprato HTS e una manganite ferromagnetica la barriera di supercorrenti che normalmente protegge il superconduttore risulta parzialmente distrutta. Per questo motivo, all’equilibrio elettroni polarizzati in spin sono iniettati dallo strato ferromagnetico al superconduttore. Tale trasferimento di spin induce un ordinamento ferromagnetico debole nel superconduttore su distanza molto maggiori della lunghezza coerenza. Come conseguenza, le proprieta superconduttive sono modificate su ampia scala spiegando la diminuzione della Tc. Questo risultato dimostra che il meccanismo microscopico dell’effetto prossimita nei superconduttori HTS e’ molto differente da quello dei superconduttori “tradizionali”, e persino oggi, 30 anni dopo la loro scoperta, non esiste una teoria in grado di spiegare il fenomeno della superconduttivita in questi materiali.
Tale risultato ha importanti implicazione per le potenzialita 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.

Original Article: DOI: 10.1038 / ncomms6626 Ubiquitous long-range antiferromagnetic coupling across the interface between superconducting and ferromagnetic oxides
G.M. De Luca1, G. Ghiringhelli2, C.A. Perroni1, V. Cataudella1, F. Chiarella1, C. Cantoni3, AR Lupini3, N.B. Brookes4, M. Huijben5, G. Koster5, G. Rijnders5 and M. Salluzzo1
1 CNR-SPIN and Dipartimento di Fisica Universita` di Napoli ‘Federico II’, Complesso Universitario di Monte Sant’Angelo, via Cinthia, Napoli I-80126, Italy.
2 CNR-SPIN and Dipartimento di Fisica Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, Milano I-20133, Italy. 3 Materials Science and Technology Division,
3 Oak Ridge National Laboratory, 1 Bethel Valley Rd., Oak Ridge, TN 37831, USA.
4 European 4Synchrotron Radiation Facility, 6 rue Jules Horowitz, B.P. 220, Grenoble Cedex F-38043, France. 5 Faculty of Science and Technology and MESA. Institute for 5Nanotechnology, University of Twente, Enschede 7500 AE, The Netherlands.

Riferimenti: Per informazioni: Gabriella Maria De Luca: CNR-SPIN e Dipartimento di Fisica Universita` di Napoli ‘Federico II’, Complesso Universitario di Monte Sant’Angelo, via Cinthia, Napoli – tel. 081676851 – email: [email protected], [email protected]

Giacomo Ghiringhelli CNR-SPIN e Dipartimento di Fisica Politecnico di Milano, Piazza Leonardo da Vinci 32, Milano – 3 Materials Science and Technology Division – tel. 02 2399 6067 – email: [email protected]

Allegati: (a) Immagine HRTEM dell’interfaccia superconduttore/ferromagnete (b) Sketch della disposizione degli spin all’interfaccia

(Ufficio stampa CNR)