Caratterizzazione di nanostrutture e film sottili

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
62
Ore totali
SSD
FIS/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti la conoscenza di alcune metodologie di sintesi e indagine sperimentale di film sottili e nanostrutture alla scala nanometrica, con particolare attenzione alle tecniche di microscopia a scansione di sonda.
Il corso ambisce ad accrescere il grado di autonomia degli studenti nella pianificazione e nello svolgimento di attività di ricerca sperimentale in laboratorio.
Risultati apprendimento attesi
Agli studenti si proporrà la scelta tra alcune esperienze di crescita e caratterizzazione di sistemi nano-strutturati, da realizzare in piccoli gruppi nella forma di brevi progetti di ricerca. Tali progetti hanno in generale uno stretto legame con le tematiche di ricerca del docente.


Gli studenti, indipendentemente dal progetto che svolgeranno, avranno modo di acquisire competenze relativamente alle seguenti tematiche:
· Progettazione di un esperimento e messa a punto dell'apparato sperimentale.
· Principi di funzionamento e utilizzo di un microscopio a forza atomica.
· Analisi dei dati sperimentali: fit di modelli, calcolo degli errori.
· Utilizzo di strumenti di calcolo e programmazione per l'analisi dei dati (Python, Matlab, Labview ).
· Elementi di elettronica di base per la realizzazione di semplici dispostivi utili per lo svolgimento degli esperimenti (amplificatori, filtri, ).
· Ricerca bibliografica.

Gli studenti potranno inoltre acquisire competenze nelle seguenti tecniche sperimentali (a seconda dell'esperienza scelta):
· Deposizione di film sottili nanometrici mediante evaporazione, sputtering, spin coating, electroless plating (in genere accoppiate ad approcci micro- e nano-litografici).
· spettroscopia ottica e infrarossa, ellissometria (in progress), misure di trasporto elettrico, tecniche di microscopia a scansione di sonda ed elettronica, microscopia ottica.

A titolo esemplificativo, si elencano alcune esperienze proposte agli studenti nel corso degli anni (le esperienze sono attinenti all'attività di ricerca del docente):
1) Sintesi di pattern nanostrutturati di metalli nobili mediante tecniche nano-micro litografiche e studio delle proprietà morfologiche e della risposta plasmonica.
2) Spettroscopia di forza dinamica: ricostruzione del profilo forza-tempo e forza-distanza dall'analisi armonica del profilo temporale di oscillazione di una sonda interagente.
3) Misure elettriche su scala micro e nano mediante Atomic Force Microscopy.
4) Caratterizzazione di interazioni elettrostatiche di doppio strato mediante Atomic Force Microscopy.
5) Messa a punto di procedure di calibrazione di sonde per Atomic Force Microscopy (magnetic levitation; thermal noise...)
6) Studio delle proprietà elastiche di multistrati elastomerici alla scala micro e sub-micrometrica: effetti di spessore finito; anisotropia,...
7) Studio di tecniche di metallizzazione di superfici isolanti mediante electroless plating per la produzione di coating conduttivi e nanostrutture.
8) Costruzione di un ellissometro spettroscopico ad alta precisione (in collaborazione con il Prof. P. Piseri, Lab. di Fisica della Materia 2).
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
In relazione alle modalità di erogazione delle attività formative per l'a.a. 2021/22, verranno date indicazioni più specifiche nei prossimi mesi, in base all'evoluzione della situazione sanitaria.
Programma
Il corso ambisce ad accrescere il grado di autonomia degli studenti nella pianificazione e nello svolgimento di attività di ricerca sperimentale in laboratorio.
Agli studenti si proporrà la scelta tra alcune esperienze di crescita e caratterizzazione di sistemi nanostrutturati, da realizzare in piccoli gruppi nella forma di brevi progetti di ricerca.
Tali progetti hanno in generale uno stretto legame con le tematiche di ricerca del docente.
Gli studenti, indipendentemente dal progetto che svolgeranno, avranno modo di acquisire competenze relativamente alle seguenti tematiche:
· Progettazione di un esperimento e messa a punto dell'apparato sperimentale.
· Principi di funzionamento e utilizzo di un microscopio a forza atomica.
· Analisi dei dati sperimentali: fit di modelli, calcolo degli errori.
· Utilizzo di strumenti di calcolo e programmazione per l'analisi dei dati (Python, Matlab, Labview ).
· Elementi di elettronica di base per la realizzazione di semplici dispostivi utili per lo svolgimento degli esperimenti (amplificatori, filtri, ).
· Ricerca bibliografica. Gli studenti potranno inoltre acquisire competenze nelle seguenti tecniche sperimentali (a seconda dell'esperienza scelta):
· Deposizione di film sottili nanometrici mediante evaporazione, sputtering, spin coating, electroless plating (in genere accoppiate ad approcci micro- e nano-litografici).
· spettroscopia ottica e infrarossa, ellissometria (in progress), misure di trasporto elettrico, tecniche di microscopia a scansione di sonda ed elettronica, microscopia ottica.

A titolo esemplificativo, si elencano alcune esperienze proposte agli studenti nel corso degli anni (le esperienze sono attinenti all'attività di ricerca del docente):
1) Sintesi di pattern nanostrutturati di metalli nobili mediante tecniche nano-micro litografiche e studio delle proprietà morfologiche e della risposta plasmonica.
2) Spettroscopia di forza dinamica: ricostruzione del profilo forza-tempo e forza-distanza dall'analisi armonica del profilo temporale di oscillazione di una sonda interagente.
3) Misure elettriche su scala micro e nano mediante Atomic Force Microscopy.
4) Caratterizzazione di interazioni elettrostatiche di doppio strato mediante Atomic Force Microscopy.
5) Messa a punto di procedure di calibrazione di sonde per Atomic Force Microscopy (magnetic levitation; thermal noise...).
6) Studio delle proprietà elastiche di multistrati elastomerici alla scala micro e sub-micrometrica: effetti di spessore finito; anisotropia,...
7) Studio di tecniche di metallizzazione di superfici isolanti mediante electroless plating per la produzione di coating conduttivi e nanostrutture.
8) Costruzione di un ellissometro spettroscopico ad alta precisione (in collaborazione con il Prof. P. Piseri, Lab. di Fisica della Materia 2).
Prerequisiti
Gli studenti che intendono svolgere questa esperienza di laboratorio devono possedere una buona predisposizione per l'attività sperimentale e una conoscenza di base dei seguenti argomenti:
1. Fondamenti di Meccanica ed Elettromagnetismo, inclusa la propagazione di onde elettromagnetiche nella materia.
2. Elementi di teoria dello stato solido e di struttura della materia.
Metodi didattici
Attività sperimentale in laboratorio introdotta da brevi lezioni che richiamano i concetti teorici di riferimento.
Materiale di riferimento
Testi di riferimenti di Fisica della Materia ed Elettromagnetismo.
Relazioni e presentazioni degli studenti degli anni precedenti.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso, ispirata da una presentazione in forma di seminario da parte dello studente.
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 14 ore
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Ufficio del docente presso il Dip. di Fisica, sez. Struttura della Materia