ATTIVITA’ DI RICERCA

L'attività di ricerca, avente carattere teorico, ha riguardato in larga parte la fisica dei sistemi con correlazioni elettroniche forti e dei sistemi che esibiscono a temperature opportunamente basse una fase superconduttiva di tipo non convenzionale. Lo studio è stato effettuato facendo riferimento a modelli teorici largamente usati in letteratura, quali il modello di Hubbard, il modello di Anderson periodico, il modello di Hubbard-Holstein e il modello Bosoni-Fermioni. Varie tecniche sono state utilizzate nello studio di tali modelli, tra cui si ricordano, in particolare: (i) soluzione esatta nel limite atomico con successivo sviluppo perturbativo nel termine cinetico, (ii) diagonalizzazione esatta e applicazione della procedura Lanczos su cluster finiti, (iii) metodo variazionale per il trattamento dell’interazione elettrone-fonone, (iv) applicazione della Dynamical Mean Field Theory.

In particolare, le tematiche affrontate sono le seguenti:

E' stata studiata l’evoluzione dinamica di sistemi aperti a contatto con un serbatoio termico, valutando in particolare come il ritorno all’equilibrio del sistema in esame sia influenzato dalla forma del meccanismo dissipativo introdotto dal serbatoio. Lo studio è stato effettuato con particolare riferimento a sistemi a due livelli con gradi di libertà sia fermionici che bosonici, mediante tecniche di teoria dei campi a temperatura finita in condizioni di non-equilibrio.

Pubblicazione n.6

Il modello di Anderson reticolare, che riveste particolare importanza nello studio dei sistemi a valenza mista e a fermioni pesanti, è stato analizzato attraverso uno sviluppo intorno al limite atomico in cui gli effetti di itineranza sono stati introdotti perturbativamente mediante un’opportuna scelta della self-energia nell’equazione di Dyson. Particolare attenzione è stata rivolta alla determinazione delle densità degli stati e di proprietà termodinamiche quali il calore specifico e la suscettività magnetica statica. E' stato anche affrontato il problema delle transizioni di valenza, estendendo il modello con l'introduzione di un termine di repulsione coulombiana tra elettroni itineranti ed elettroni localizzati (termine di Falicov-Kimball).

Sono state infine analizzate le proprietà superconduttive del modello di Anderson indotte dall’inclusione di un termine di attrazione a primi vicini tra elettroni localizzati. I risultati ottenuti mostrano che nei limiti dell’approssimazione usata il sistema tende a transire, per densità prossime all'half-filling, in accoppiamento di singoletto con simmetria s anisotropa.

Pubblicazioni n.1-5, 11-14, 20, 21, 24, 36, 50-53, 55-58

Giunzioni tunnel costruite con superconduttori ad alta temperatura critica forniscono funzioni di risposta differenti in maniera sostanziale da quelle tipiche delle giunzioni costruite con superconduttori tradizionali. Una spiegazione soddisfacente dei risultati sperimentali è stata trovata proponendo un modello fenomenologico nel quale si assume che la densità degli stati sia esprimibile come sovrapposizione di due contributi BCS e uno lineare. E’ stata anche analizzata la dipendenza dalla temperatura del calore specifico elettronico e del coefficiente di attenuazione ultrasonica ottenendo un buon accordo qualitativo con i risultati sperimentali.

Pubblicazioni n.7-10, 15

Procedure di diagonalizzazione esatta e di applicazione del metodo di Lanczos sono state applicate a vari modelli di elettroni correlati, di spin e a modelli con accoppiamento forte tra gradi di libertà elettronici e fononici. In particolare, sono stati analizzati:

a) la competizione tra effetto Kondo ed interazione RKKY in sistemi con momenti magnetici localizzati, facendo riferimento ad una molecola biatomica descritta nell’ambito di una opportuna generalizzazione del modello di Anderson reticolare;

b) la possibile esistenza di un ground state ferromagnetico nell'ambito del modello di Hubbard definito su catene chiuse fino a 10 siti;

c) un’estensione del modello di Hubbard, che include tutti i possibili termini di interazione a due particelle di natura puramente elettronica, unitamente a termini di tipo Holstein di accoppiamento dei gradi di libertà elettronici a quelli fononici;

d) l'interplay tra accoppiamento di Hund e interazione Colombiana nella formazione di uno stato fondamentale ferromagnetico in cluster planari con diverse topologie dell'ossido superconduttore non cuprato  Sr₂ RuO₄ .

e) la possibile coesistenza di magnetismo e superconduttività nell’ambito del modello di Kondo-Heisenberg.

Sono stati inoltre dimostrati alcuni risultati esatti relativi al valore dello pseudospin nello stato fondamentale del modello di Hubbard, definito su catene con condizioni al contorno periodiche.

Pubblicazioni n.16-19, 22, 23, 25-30, 33-35, 40, 42, 43, 45, 47

Nell’ambito di un modello con gradi di libertà fermionici e bosonici accoppiati, analizzato mediante la Dynamical Mean Field Theory, è stato studiato l'effetto della formazione di uno pseudogap nello spettro delle eccitazioni elettroniche su grandezze fisiche rilevanti quali la densità degli stati, la conduttività ottica, la vita media delle eccitazioni di quasi-particella, gli spettri ARPES, il coefficiente di Hall. Le connessioni con i risultati sperimentalmente trovati sui superconduttori ad alta temperatura critica nella fase normale in condizioni di basso drogaggio sono state opportunamente evidenziate. Particolare attenzione è stata inoltre rivolta all’effetto introdotto dall’inclusione nel modello di un termine di repulsione coulombiana locale tra fermioni.

Attraverso un’opportuna generalizzazione del modello, in cui si assume esplicitamente che i bosoni hard-core abbiano origine bipolaronica, è stata anche analizzata la relazione, evidenziata da misure di spettroscopia ARPES su superconduttori ad alta T_c, tra la formazione dello pseudogap nella fase normale e l'esistenza di un background incoerente negli spettri di fotoemissione.

Infine, nell'ambito dello stesso modello è stato di recente studiato il problema di come gli stati coerenti associati alla formazione di bipolaroni risultanti dall'interazione locale tra elettroni e reticolo vengono modificati quando tali bipolaroni condensano in uno stato macroscopicamente coerente di tipo superfluido.

Pubblicazioni n.31, 32, 37-39, 41, 44, 46, 48, 49