• Sergey Artyukhin3 © 2016 IIT 4954
  • Sergey Artyukhin2 © 2016 IIT 4953

Il nostro interesse di ricerca si focalizza sullo studio di modelli realistici degli effetti quantistici in materiali magnetici, multiferroici, ferroelettrici, ed altri materiali funzionali

Studiamo in particolare modelli Hamiltoniani usando analisi Monte-Carlo e diagonalizzazione esatta, ed effettuando simulazioni numeriche (teoria del funzionale della densità, teoria di campo medio dinamico) per studiare le proprietà magnetiche, elettroniche e ottiche dei materiali, principalmente ossidi e calcogeni

Collaboriamo strettamente con gruppi sperimentali in modo da interpretare i loro dati e possibilmente guidare le misure sperimentali

Attività

Materiali multiferroici: nuovi meccanismi di coupling magnetoelettronico, dinamiche di eccitazione e switching

L'uso di materiali ordinati (ferroici) è molto diffuso nella moderna tecnologia. I materiali magnetici sono usati per lo stoccaggio di informazioni, materiali piezoelettrici sono usati in sensori e attuatori, i superconduttori sono necessari per il funzionamento dei treni a levitazione magnetica (maglev) e per la risonanza magnetica. Materiali con ordinamenti ferroici multipli - multiferroici - combinano le caratteristiche dei materiali convenzionali, aprendo la via a nuovi dispositivi e funzionalità. Per esempio questi materiali potrebbero permettere il controllo elettrico di bits magnetici, attuamente non realizzabile a causa delle difficoltà nell'applicare campi magnetici a dispositivi di dimensioni ridotte. Il nostro laboratorio studia la complessa interazione tra bulk e limiti dei domini inclusa la risultate eccitazione e dinamica.

Dinamica ultraveloce delle transizioni di fase (in collaborazione con MPI-Hamburg e UCSD)

Recenti esperimenti permettono di tracciare la dinamica della materia su scala ultraveloce in modo tale da osservare fenomeni rapidi, ma molto importanti. In collaborazione con altri gruppi di ricerca applicata, il nostro gruppo approfondisce  le rapide transizioni di fase provocate da un intenso impulso laser. Questi studi sono in grado di rivelare dettagli fondamentali del meccanismo di transizione in materiali con ordini complessi. 

Materiali con forte accoppiamento spin-orbita e ordini nascosti

I campi elettrici interni ai materiali generano un campo magnetico in grado di interagire con gli elettroni producendo un'interazione tra l'orbitale e i gradi di libertà di spin (accoppiamento spin-orbita). Queste interazione sono particolamente significative negli ioni di metalli pesanti a causa di una grande carica presente sul loro nucleo. Il forte accoppiamento spin-orbita porta a stati insoliti come una superfice topologicamente protetta in un isolante e multipoli ordinati che da molti anni sfuggono alla completa comprensione dei fisici.

Laboratori

Per condurre simulazioni su materiali reali, abbiamo a disposizione risorse e strumenti d’analisi computazionale all’interno di IIT e nel centro di supercalcolo CINECA.

Collaborazioni

  • Rutgers University, USA
  • Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (Hamburg, Germany)
  • University of Groningen, The Netherlands
  • University of Texas at Austin, USA
  • University of California at San Diego, USA