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