Fondo Italiano per la Scienza: selezionati due progetti del Politecnico

Grazie a abovEF sarà possibile allestire un laboratorio totalmente nuovo per lo studio degli stati elettronici dei materiali quantistici. Utilizzando la combinazione delle spettroscopie di fotoemissione inversa e diretta con risoluzione angolare, sarà possibile osservare i dettagli delle bande elettroniche dei solidi a cavallo del livello di Fermi con un’accuratezza senza precedenti. La novità principale consiste nell'osservazione degli stati vuoti al di sopra del livello di Fermi, molto importanti ma poco conosciuti. Essi infatti, insieme agli stati che si trovano al di sotto del livello di Fermi e che sono popolati da elettroni, determinano le proprietà elettroniche e magnetiche dei materiali. Tuttavia, per osservare gli stati vuoti è necessario popolarli di elettroni in modo molto controllato, il che è tecnicamente molto difficile.

La spettroscopia di fotoemissione inversa è stata inventata diversi decenni fa, ma negli ultimi anni è stata quasi del tutto dimenticata a causa della insoddisfacente qualità delle misure, dovuta alle eccezionali difficoltà tecniche del metodo. Il progetto abovEF mira a migliorare di 10 volte la risoluzione energetica e di 100 volte la sensibilità dello strumento rispetto all'attuale stato dell'arte, ottenendo una qualità senza precedenti negli esperimenti. Con questa tecnica è possibile studiare praticamente qualsiasi classe di materiali, ma il progetto approfondirà in particolare i materiali quantistici bidimensionali e i superconduttori ad alta temperatura critica.

Giacomo Ghiringhelli è professore ordinario di fisica sperimentale della materia e socio corrispondente dell’Accademia Nazionale dei Lincei; esperto dell’utilizzo della radiazione di sincrotrone per lo studio della struttura elettronica e magnetica dei solidi, ha fornito decisivi contributi allo sviluppo della spettroscopia di diffusione anelastica risonante di raggi X (Resonant Inelastic X-ray Scattering, o RIXS), una nuova tecnica sperimentale considerata essere la principale alternativa alla spettroscopia neutronica. Ha progettato strumentazione per il Sincrotrone Europeo ESRF di Grenoble, il PSI di Zurigo, lo European XFEL di Amburgo. Con Lucio Braicovich ha realizzato fondamentali esperimenti con la tecnica RIXS per lo studio delle onde di spin, delle eccitazioni orbitali, delle onde di densità di carica e dell’interazione elettrone-fonone nei cuprati superconduttori. Esperto di materiali a forte correlazione elettronica, in particolare di superconduttori ad alta temperatura critica, ha pubblicato più di 200 articoli sulle principali riviste internazionali di fisica.