This thesis completes my work as doctoral student of the Scuola di Dottorato in Fisica, Astrofisica e Fisica Applicata at the Universit`a degli Studi di Milano, that has been carried out since November 2019 at the Istituto Officina dei Materiali of the Consiglio Nazionale delle Ricerche (IOM-CNR) in the premises of the Elettra - Sincrotrone Trieste and FERMI@Elettra infrastructures and in the framework of the NFFA facility. My experimental activity employed complementary spectroscopy and polarimetry techniques oriented to address the characterisation of electronic and spin properties of systems with decreasing dimensionality. This programme has been conducted by exploiting state-of-the-art infrastructures to generate visible, UV and EUV ultrashort pulses (tabletop lasers and HHG at NFFA-SPRINT laboratory) and soft X-ray synchrotron light (at Elettra, Diamond and ESRF synchrotron light sources). I used photoemission as the main tool in my investigation, supplementing my results with absorption spectroscopy. I focused on three materials, Fe(001)-p(1x1)O/MgO, EuSn2P2 and VI3, of high interest in modern and next-generation magnetic devices. In the three systems I studied the electronic band structure to identify key features hinting at the bound electrons behaviour. I investigated the properties of the magnetically ordered phases and found evidence of the reduced dimensionality in the emergence of atypical spin ordering and the increasingly manifest electron correlation phenomena. The information retained by band electrons is critical to access the spin polarisation of the bands and to give insight into the effects of spatial confinement on the spin degree of freedom.
NFFA Thesis
University of Milan Master's Degree Thesis, (2021)
Transient grating spectroscopy with a magnetic probe: a study on phonon-driven magnons in a ferromagnetic thin film
M. Brioschi (Supervisors: G. Rossi, G. Panaccione, R. Cucini)
Materials and heterostructures that exhibit coupling between elastic and magnetic degrees of freedom are of both fundamental and technological interest. In particular, they have great potential for novel energy-efficient spintronic devices because acoustic waves can generate coherent and long-living spin waves through inverse magnetostriction, which consists in variations in the magnetization due to lattice deformations. As optical methods are versatile, non-invasive and contactless, an all-optical approach has been implemented and applied to study magnetoelastic coupling in a ferromagnetic film on a glass substrate. The present thesis work was performed at the NFFA-SPRINT facility of IOM-CNR in the Fermi@Elettra hall at Trieste, where I actively contributed to the realization and characterization of an all new experimental setup which is able to combine transient grating spectroscopy with a time-resolved Faraday polarimetry.
NFFA Thesis
University of Milan Bachelor's Degree Thesis, (2019)
All-resolved photoemission spectroscopy of Fe(100) and passivated Fe-p(1x1)O surfaces
A.M. Finardi (Supervisors: G. Rossi, I. Vobornik, J. Fujii)
Le proprietà ottiche, elettroniche e magnetiche dei solidi e delle loro superfici dipendono dalla struttura degli stati elettronici entro alcuni eV dal livello di Fermi. I calcoli della struttura elettronica a bande sono efficaci solo nel caso di materiali a bassa interazione elettrone-elettrone (correlazione). L'esperimento e la guida necessaria per lo studio delle proprietà elettroniche dei solidi e delle loro superfici, ed in particolare la spettroscopia di fotoemissione (photoemission spectroscopy - PES) che si basa sulla misura dello spettro energetico degli elettroni emessi da un solido eccitato da un fascio di fotoni monocromatici di energia eccedente la funzione lavoro. La risoluzione dell'angolo di emissione (Angle-resolved photemission spectroscopy - ARPES) permette di avere informazioni sulla legge di dispersione En(k) dello stato elettronico iniziale, mentre la misura del grado di polarizzazione in spin del fascio di elettroni completa il set di numeri quantici, fornendo un dato molto importante per lo studio delle correlazioni elettroniche.
NFFA Thesis
University of Milan Master's Degree Thesis, (2019)
Spin-polarization measurement of the quantum yield from solid surfaces as excited by high harmonics of 100 fs-scale laser sources
La misura della polarizzazione in spin di un fascio di elettroni fotoemessi da una superficie ferromagnetica permette di studiare in modo diretto la struttura elettronica determinata dall’interazione di scambio e quindi il momento magnetico di spin del sistema, caratterizzandone il comportamento magnetico. Da una parte lo sviluppo del campo della spintronica, dall’altra la richiesta sempre crescente di strumenti e dispositivi di immagazzinamento e trattamento dati ad alte prestazioni, marcano la necessità di esplorare le configurazioni degli stati elettronici e le loro eccitazioni.
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