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Dipartimento di Fisica - Politecnico di Milano

Spettroscopie elettroniche spin-risolte da film sottili ed interfacce per applicazioni spintroniche

La proposta di tesi riguarda la fabbricazione e la caratterizzazione di film sottili e ultrasottili che presentano una struttura elettronica spin-polarizzata. In particolare si prenderanno in esame materiali che afferiscono alle seguenti due classi: (i) materiali magnetici, ed in particolare metalli di transizione come Fe, Co e Ni; (ii) metalli pesanti, come Pt, Au, Pb e Bi, in cui si possono individuare stati elettronici con una polarizzazione netta in spin dovuta ad effetti di spin-orbita.

ll contesto scientifico in cui si inseriscono questi studi è quello della spintronica, che tradizionalmente sfrutta i materiali magnetici per l’immagazzinamento dell’informazione e la creazione di correnti spin polarizzate. Sono però state avanzate proposte di dispositivi microelettronici in cui la generazione e la manipolazione di correnti di spin può avvenire in modo elettrico, senza l’utilizzo di materiali magnetici, come nel caso (ii) discusso in precedenza. La ricerca proposta, di carattere fondamentale, verterà sullo studio di film sottili metastabili, ossia con una struttura cristallografica diversa da quella del corrispettivo materiale bulk, con lo scopo di evidenziare effetti dovuti alla bassa dimensionalità (effetti di confinamento, anisotropie magnetiche), all’interazione con il substrato (trasferimenti di carica, inter-diffusione) e alla presenza della superficie (stati di superficie, effetti legati all’ interazione con gas o vapori di metalli alcalini). Gli interessati sono pregati di consultare la bibliografia allegata, che presenta due studi svolti dai proponenti di questa attività negli ultimi anni.

La attività di tesi comporterà (i) l’ottimizzazione delle tecniche di crescita dei materiali di cui sopra in un ambiente controllato (condizioni di ultra-alto vuoto, basso rateo di crescita) in modo da favorire la formazione di film con una struttura cristallografica ben determinata; (ii) lo studio della struttura cristallografica stessa e della morfologia dei film tramite tecniche di diffrazione elettronica e al variare dei parametri di crescita e dello spessore del film; (iii) lo studio della struttura elettronica tramite tecniche di spettroscopia. In particolare, la mappatura degli stati elettronici di valenza e di conduzione sarà effettuata tramite fotoemissione UV e fotoemissione inversa, entrambe con risoluzione in spin. La strumentazione necessaria per portare a temine il lavoro di tesi è presente al laboratorio “VESI” di fisica delle superfci del dipartimento di fisica. È auspicabile che lo studente abbia famigliarità con le nozioni di base della fisica delle superfici, fornite nei corsi della laurea magistrale in ingegneria fisica (indirizzo nanotecnologie e tecnologie fisiche). La tesi richiederà la presenza dello studente in laboratorio a tempo pieno (da lunedì a venerdì) avrà una durata minima di sei mesi.

 

Bibliografia:

A. Calloni, M. Cozzi, M. S. Jagadeesh, G. Bussetti, F. Ciccacci and L. Duò “Magnetic behavior of metastable Fe films grown on Ir(111)” J. Phys.: Condens. Matter 30 (2018) 015001 (DOI: 10.1088/1361-648X/aa99c3)

F Bottegoni, A Calloni, G Bussetti, A Camera, C Zucchetti, M Finazzi, L Duò and F Ciccacci “Spin polarized surface resonance bands in single layer Bi on Ge(111)”  J. Phys.: Condens. Matter 28 (2016) 195001 (DOI: 10.1088/0953-8984/28/19/195001)



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