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Componenti del gruppoLuciano Cianchi (I Ric.)Franco Del Giallo (I Ric.)Paolo Moretti (I Ric.)Fabrizio Pieralli (I Ric.)Marco Lantieri (ex borsista)
CollaborazioniDip. di Fisica, Università di Firenze (Prof. G. Spina)Dip. di Chimica, Università di Firenze (Prof. D. Gatteschi)Dip. di Chimica, Università di Pavia (Prof. P. Ghigna)Dip. di Fisica, Università di Pavia (Prof. F. Borsa)Heriot-Watt University (Dr F. Piazza, Prof. E. Abraham)IMEM-CNR (Dr. E. Gilioli)Northeastern University, Boston (Prof. W. Reiff)Dip. Energetica, Università di Firenze (Dr. S. Sciortino, Prof. E. Borchi)ENEA (Dr. P. P. Prosini)
Tecniche sperimentali
Spettroscopia Mössbauer (prevalente; Lab. in sede)EXAFS (marginale; Grenoble)
Temi di competenza del gruppo
a) Teoria della forma degli spettri Mössbauer in presenza di campi iperfini fluttuanti. Processi stocastici markoffiani (esempio, inversione della magnetizzazione di un nanomagnete).
b) Studi di dinamica di spin in nanomagneti molecolari mediante spettroscopia Mössbauer.
c) Studi di anamornicità vibrazionali di bassa temperatura (potenziali atomici con fondo non parabolico) nei solidi.
d) Caratterizzazione di materiali attraverso lo studio dei campi iperfini.
e) Deposizioni di film di diamante su molibdeno mediante CVD (F. Pieralli; Dip. Energetica).
Schema di spettrometro Mössbauer
transducer
source
cryostat
sampleγ-detector
multichannel analizer
Spettri tipici 57FeLa spettroscopia Mössbauer è una tecnica basata sul fatto che l’emissione γ di particolari nuclei atomici di un solido non è affetta né dal rinculo nédall’allargamento Doppler. La larghezza della riga γ di una sorgente Mössbauer è quindi molto stretta, dell’ordine dell’indeterminazione quantistica. La struttura iperfine degli stati degli stessi nuclei del campione in esame, differisce in genere da quella dei nuclei sorgente a causa delle diverse interazioni con l’ambiente. L’assorbimento risonante èottenuto per effetto Doppler conferendo una opportuna velocità alla sorgente.
counts rate
14.4 keV
32
32
21
21+
+
-0.5
00.
5m
m/s
14.4 keV
(14.4-δ) keV
32
21
-0.5
00.
5m
m/sδ
counts rate
counts rate
14.4 keV
32
32
21
212123
0 0
86
4
43
212
-2-4
-4-3
-2-1
-6-8
mm
/s
Ene
rgy
chan
ge 1
0-7 e
V
-
-
Dipolo magnetico
Quadrupolo elettrico
Isomer shift+SOD
-10-15 10 15-5 0 5mm/s
νc=1.0 mm/s =1.2 107 s-1
νc=1.9 mm/s =2.2 107 s-1
νc=10 mm/s =1.2 108 s-1
νc= 0.3 mm/s = 3.5 106 s-1a)
b)
c)
d)
Evoluzione dello spettro Mössbauer del 57Fe in funzione della frequenza di inversione del campo iperfine
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
0.2
0.4
0.6
0.8
1
m=3m=4
m=5m=10
θ4
t
Πm(τ)
Nei casi presi in esame si avuto a che fare con momenti magnetici elevati per cui la loro inversione si è potuta studiare come un processo stocastico del tipo randomwalk. Il tempo inversione ottenuto con tale teoria ha permesso una determinazione accurata dei parametri dell’hamiltonianadinamica di spin.
Stato fondamentale S=5
4
1%
-4-8 0 8 12-12v (mm s-1)
coun
ts (
arbi
trar
y un
it)
τ−1 = 1.9 107 +1.6 1010 exp −138T
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
⎡
⎣ ⎢
⎤
⎦ ⎥ exp − 6.4
T⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
Stato fondamentale S=10
τ−1 =1.6 107 exp −13.7T
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
4-4-8 0 12-12 8
v (mm s-1)
coun
ts (
arbi
trar
y un
it)
1%
-10 -5 0 5 10
v (mm s-1)
coun
ts (
arb
itrar
y un
it)
A = F(t) dove t = maσ faAfa = fattoreDebye− Waller= exp(−k 2 < x 2 >)
EuBa2Cu3O7
Eu
Ba
Cu2
Cu1O1
O2
O3BO3A
a
cb
^
^^
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0,014
0 50T (K)
<x2
> (A
2 )
100 150 200 250 300 350
Φ
x
Φ
x
Mössbauer
INS
Fattore Debye-Waller su un campione con grani orientati di EuBa2Cu3O7-x ottenuto mediante spettroscopia Mössbauer:
xc2 − xab
2 = (1.2 ± 0.2) 10−2 A2o
EXAFS-MSRDs (Å2) in EuBa2Cu3O7-x
T (K) σΟ2 σCu
2 σBa2 σEu
2
30 4.2(5) 2.0(2) 1.4(4) 1.3(3)60 4.2(5) 2.0(2) 1.4(4) 1.3(3)90 4.4(6) 2.5(2) 2.4(6) 1.6(3)
120 4.7(6) 2.8(2) 2.7(7) 2.3(8)180 5.3(7) 3.4(3) 2.9(8) 3.2(12)250 6.8(9) 4.8(3) 4.4(14) 5.3(18)300 7.5(12) 5.2(4) 4.8(12) 5.7(16)
O(3)
Ba
Eu
Cu(2)
Alcune fasi della nucleazione
Particolare della superficie di crescita a vari ingrandimenti
Forma e distribuzione dei grani
Film circolare di diamante. Diametro= 6 mm, spessore= 0.3 mm