Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
SCIENZA DEI MATERIALI ORD. 2013

Fondamenti di nanoscienza

8

Corsi comuni

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 56 0 12 85

Periodo

AnnoPeriodo
I anno2 semestre

Frequenza

Obbligatoria

Erogazione

Convenzionale

Lingua

Italiano

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
02/03/201512/06/2015

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
caratterizzanteDiscipline fisiche e chimicheCHIM/022
affine/integrativo Nessun ambitoCHIM/032
affine/integrativo Nessun ambitoFIS/034


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Prof. MATTEI GIOVANNIFIS/01Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Altri Docenti

DocenteCoperturaSSDStruttura
Prof. GRANOZZI GAETANOIstituzionaleCHIM/03Dipartimento di Scienze Chimiche
Prof. MENEGHETTI MORENOIstituzionaleCHIM/02Dipartimento di Scienze Chimiche

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste

Bollettino

Fisica Quantistica, Fisica dello Stato Solido

Il corso si prefigge i seguenti obiettivi formativi: - Fornire le basi per la comprensione delle proprietà chimico-fisiche dei materiali nanodimensionali che sono alla base delle loro potenziali applicazioni nel campo delle nanotecnologie. - Presentare alcune tecniche di sintesi e caratterizzazione di nanostrutture confinate (nanocluster) con applicazioni in nanotecnologia e in particolare in fotonica, in plasmonica e nel magnetismo.

Il corso prevede lezioni frontali tenute dal Prof. G. Granozzi, dal Prof. M. Meneghetti (Modulo A) e dal Prof. G. Mattei (Modulo B). Il Modulo B prevede esercitazioni di laboratorio come applicazione dei contenuti visti a lezione (sintesi, caratterizzazione ottica e simulazione con la teoria di Mie di nanoparticelle metalliche in soluzione e loro caratterizzazione con microscopia elettronica).

Modulo A - Panoramica sui metodi di preparazione delle nanostrutture (sia top-down che bottom-up, con particolare enfasi sulle seconde). Aspetti strutturali ed energetici delle nanostrutture e metodi per la loro stabilizzazione. Solidi a bassa dimensionalità e composti di intercalazione. Difetti di punto e loro dinamica: loro rilevanza nei materiali nanodimensionali. Composti inorganici a stechiometria variabile. Nanostrutture a base inorganica: esempio al caso degli ossidi e solfuri (nanodots, nanowires, nanotubes, nanobelts, nanosheets) e studio delle loro relazioni struttura-proprietà. - Richiamo delle equazioni fondamentali per la descrizione della dinamica di elettroni e fotoni. Proprietà della materia che consentono il confinamento di elettroni e fotoni. Densità degli stati per sistemi confinati in una, due o tre dimensioni. Modelli per il confinamento di elettroni in quantum dots di semiconduttori e conseguenze per le proprietà ottiche ed elettroniche. Confinamento di elettroni in particelle metalliche e proprietà di assorbimento plasmonico delle nanostrutture. Confinamento di fotoni in cristalli fotonici e applicazioni nel campo della fotonica. - Proprietà di nanostrutture a base di carbonio: fullereni e nanotubi di carbonio. Descrizione tight binding degli stati elettronici e proprietà ottiche e di conduzione dei nanotubi di carbonio. Modulo B - Classificazione, caratteristiche e proprietà generali dei materiali nanostrutturati: confinamento quantico e proprietà elettroniche. Equazioni di taglia. Termodinamica dei sistemi nanostrutturati: effetto di taglia termodinamico, nucleazione (equazione di Gibbs-Thomson) e crescita di nanostrutture (regimi di aggregazione limitata dalla diffusione e Ostwald ripening) - Nanostrutture in matrice solida: l’impianto ionico per la sintesi e la modifica di nanostrutture metalliche o bimetalliche (alligazione e dealligazione). - Proprietà e applicazioni dei materiali nanostrutturati: (i) proprietà plasmoniche di nanostrutture metalliche (Teoria di Mie e sue estensioni); (ii) confinamento quantico e fotoluminescenza; (iii) proprietà magnetiche (super-paramagnetismo) - Tecniche di caratterizzazione di nanostrutture: la microscopia elettronica in trasmissione (TEM) e in scansione (SEM). MUTUAZIONE Il presente corso viene parzialmente (solo il Modulo B) mutuato dal corso di 'Fondamenti di NanoFisica' della LM in Fisica. Per tale corso sono previsti 2 CFU iniziali con i seguenti contenuti: - Richiamo delle equazioni fondamentali per la descrizione della dinamica di elettroni e fotoni; - Confinamento di elettroni e fotoni in sistemi nanostrutturati: (i) Confinamento di fotoni in cristalli fotonici; (ii) Confinamento di elettroni in nanoparticelle metalliche; (iii) Confinamento di elettroni in quantum dots.

Prova Scritta

La valutazione della preparazione si baserà sulla comprensione degli argomenti svolti e sulla capacità di fare collegamenti fra diversi argomenti. Si valuteranno anche le relazioni scritte presentate sulla parte di esercitazione.

S. Maier, Plasmonics, fundamentals and applications. : Springer, 2007 C. Bohren, D. Huffmann, Absorption and scattering of light by small particles. : Wiley-Interscience, 2004 P. Prasad, Nanophotonics. : Wiley-Interscience, 2004 D. Williams, C. Carter, Transmission Electron Microscopy. : Plenum Press, 1996 R. Kelsall, I. Hamley, M. Geoghegan, Nanoscale Science andTechnology. : J.Wiley& Sons, 2005 G. Cao, Nanostructures and Nanomaterials. : Imperial College Press, 2004

Verranno fornite dispense da parte dei Docenti. Gli argomenti e i contenuti trattati potranno essere approfonditi e/o integrati sui testi indicati nella sezione 'Testi di Riferimento'.