LABORATORIO DI MATERIALI E NANOSTRUTTURE

Gli studenti alla fine del corso devono:

possedere una formazione approfondita e flessibile, attenta agli sviluppi più recenti della ricerca scientifica e della tecnologia in merito alla sintesi e caratterizzazione di materiali nanostrutturati; avere una solida preparazione culturale nel settore specifico della fisica moderna relativo ai materiali e alle nano-strutture, negli aspetti sperimentali e applicativi; nonchè una solida padronanza del metodo scientifico di indagine.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).
Comprensione critica dei principali fenomeni dei materiali proposti per gli esperimenti del corso. Comprensione dei metodi di fondamentali metodi di caratterizzazione dei materiali.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Capacità di identificare gli elementi essenziali dei processi di sintesi e caratterizzazione dei materiali, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute nell'ambito delle nanotecnologie a nuovi problemi (problem solving) e in diversi contesti relativi alla scienza dei materiali.
Abilità comunicative (communication skills).
Competenze nella comunicazione nell'ambito della Fisica della Materia e delle Nanotecnologie.
Capacità di apprendimento (learning skills).
Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della Fisica della Materia che in campi scientificamente vicini.
A questo scopo il corso prevede una notevole attività di laboratorio autonoma per gli studenti, in particolare dedicata alla conoscenza operativa delle più recenti e sofisticate metodiche sperimentali per la sintesi e la caratterizzazione di materiali (impiantazione ionica, deposizione di film sottili per sputtering, microscopia a scansione elettronica, analisi mediante spettrometria da ioni retro diffusi alla Rutherford, misure ottiche), e all'analisi (analisi degli spettri e analisi di immagine tramite software dedicati) ed elaborazione dei dati (best fit, simulazioni di profili di impianto, analisi delle caratteristiche di un picco gaussiano etc). Le attività di laboratorio sono svolte in gruppi di lavoro in modo da sperimentare le procedure di base di "team working" e di favorire il processo di apprendimento attraverso il "team working".
Gli studenti alla fine del corso sono in grado di: 1) operare con ampia autonomia nei laboratori di ricerca proposti, 2) utilizzare le conoscenze specifiche acquisite per la sintesi e la caratterizzazione in generale di materiali, anche diversi da quelli proposti per la sperimentazione didattica durante il corso; 3) proporre in maniera autonoma, appropriata e critica l'utilizzo di una tecnica piuttosto che un'altra; 4) progettare autonomamente un intero esperimento.
L'ampio utilizzo di pubblicazioni specialistiche come materiale di supporto bibliografico ha l'obiettivo di formare gli studenti all'utilizzo appropriato del lessico tecnico-scientifico in lingua inglese inerente al settore scientifico della Fisica della Materia.

Principi di base e metodologie sperimentali delle seguenti tecniche: microscopia a scansione elettronica (SEM) e in trasmissione (TEM), impiantazione ionica, Rutherford Backscattering spectrometry (RBS), deposizione per sputtering, fotoluminescenza. Fondamenti dei sistemi da vuoto. Due esperimenti guida prevedono la preparazione del materiale e la sua caratterizzazione e consistono in:

1) Sintesi e caratterizzazione di germanio poroso.
Sintesi del Ge poroso mediante impianto ionico, proprietà del materiale e sua caratterizzazione. L’Esperimento prevede: Impianto ionico; Caratterizzazione tramite misure SEM; Caratterizzazione tramite misure RBS.
2) Sintesi e caratterizzazione di nanodots di silicio. Tecniche di deposizione e sintesi di nanodots, , proprietà del materiale e sua caratterizzazione. L’Esperimento prevede: Deposizione per sputtering di SiOx, sintesi mediante trattamento termico; Caratterizzazione tramite misure RBS; Caratterizzazione tramite misura di Fotoluminescenza.

Ray F. Egerton, Physical Principles of Electron Microscopy, Springer (2005);
M. Nastasi and J.W. Mayer, Ion Implantation and Synthesis of Materials, Springer (2006);
Appunti forniti durante il corso.