Effetti di dimensionalità sulle proprietà magnetiche e superconduttive di sistemi nanostrutturati

In tempi recenti si è dedicata molta attenzione alle proprietà applicative e ad effetti di dimensionalità in sistemi nanometrici superparamagnetici e nanoparticelle superconduttive. Nel presente progetto si prevede lo studio degli effetti di dimensionalità, sia quantistici sia classici, legati alle dimensioni nanometriche di sistemi magnetici e superconduttivi monodispersi. Tali sistemi saranno studiati con tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR), NMR con tecniche fast-field-cycling (FFC) e microscopia a forza atomica (AFM). Per confronto e supporto si utilizzeranno misure di magnetometria SQUID e misure di trasporto e magnetoresistenza effettuate in laboratori dei diversi enti collaboratori. Gli esperimenti verranno pertanto condotti in sistemi magnetici e superconduttori a dimensioni controllate, quali: i) nanoparticelle magnetiche di Co, Ni, Fe3O4, Fe2O3, in matrice isolante; ii) nanomagneti molecolari con core magnetico a base di metalli di transizione quali Fe, Cu, Co, V, etc.; iii) nanoparticelle di Pb con proprieta' superconduttive al di sotto di Tc ~ 7K; iv) "whiskers" di materiali superconduttori ad alta Tc. Il progetto tende a ottenere : i) una migliore comprensione degli effetti quantistici che insorgono in nanoparticelle magnetiche con diametro medio d < 3-5 nm e in nanoparticelle superconduttive per d < 10 nm. Nelle nanoparticelle magnetiche, per d < 3-5 nm il ridotto numero di ioni magnetici genera uno spettro discreto di energie, con conseguenti effetti quantistici sulle proprietà superparamagnetiche tipiche, quali l'energia di attivazione e la legge di Arrhenius seguita dal tempo di correlazione della magnetizzazione elettronica. Ci si propone quindi di chiarire la dinamica della magnetizzazione in conseguenza del numero discreto di livelli energetici, con riguardo anche al tunneling quantistico della magnetizzazione. Nel caso di nanoparticelle superconduttive e whiskers i sistemi studiati dovrebbero fornire indicazioni sulla lunghezza di scala minima sotto la quale gli effetti della densità locale degli stati elettronici dominano sul comportamento collettivo del sistema. In questo caso ci si attende di : (a) rilevare effetti quantistici nell'andamento delle curve di magnetizzazione al di sotto di Tc dovuti alla presenza di uno spettro discreto di energie; (b) osservare effetti di dimensione quantistica sulle fluttuazioni di fase e sul diamagnetismo fluttuante appena al di sopra di Tc; (c) osservare effetti notevoli sulle proprietà di trasporto, originati dalle fluttuazioni termodinamiche a causa del piccolo volume osservato. ii) Studiare risvolti applicativi delle proprietà convenzionali e non, di nanoparticelle magnetiche e/o superconduttive. A questo proposito si intende rilevare la potenzialità dei nuovi fenomeni attesi, sia per la probabile individuazione di limiti fisici intrinseci alla miniaturizzazione dei dispositivi magnetici e/o superconduttori già esistenti, sia per le nuove applicazioni.