Proprietà magnetiche e analisi fine della materia a bassa dimensionalità

A.A. 2019/2020
Insegnamento per
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso introduce

i) il ferromagnetismo dei solidi, delle superfici e della materia nanostrutturata

ii) i metodi e gli esperimenti di analisi fine della materia basati sull'utilizzo di fasci di elettroni, fotoni UV e X da Sincrotrone e Free Electron Laser, e di neutroni

iii) le proprietà statiche e dinamiche della materia a bassa dimensionalità particolarmente per quanto riguarda magnetismo, superconduttività, proprietà topologiche, ordine orbitale e di spin.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente: Rossi Giorgio
Programma
1) Introduzione al corso, problema delle superfici, minimizzazione energia totale di un solido terminato da superfici condizioni
2) Principi della misura di riflettività, diffrazione, assorbimento, decadimento. Comprensione della geometria di un esperimento con sorgenti esterne
3) Ultra-alto vuoto, calcolo del libero cammino medio di molecole a bassa pressione, tecnologie di produzione e misura della pressione in ultra-alto vuoto.
4) Fenomenologia delle superfici: fusione di superficie, superfici melting e non melting
Esperimenti di channelling di protoni (van der Veen) e calcoli teorici (Tosatti)
5) Crescita di strati atomici per epitassia da getti molecolari, modelli di crescita 2D, controllo della crescita con diffrazione radente di elettroni RHEED
6) Scattering di ioni SIMS e RBS, FIM, SEM, SEXAFS
7) Scanning Tunnelling Microscopy. Indagine della morfologia della superfici nello spazio reale.
8) Scanning Tunnelling Spectrocopy. Spettroscopia locale. Esempi, onde chimiche di superficie.
9) Atomic Force Microscopy, teoria ed esempi, altri Scanning Probes
10) Interazione di Quantoni con la materia, sezioni d'urto di assorbimento e di diffusione
11) Teorema ottico e tecniche sperimentali con sorgenti di raggi X, elettroni, neutroni, metodi di indagine strutturale nello spazio reciproco, EXAFS
12) Diffusione e diffrazione di superficie, approssimazione cinematica. Esempi di studi.
13) Diffrazione di superficie, problema della fase, metodo di Patterson, metodi sperimentali e geometria dell'esperimento
14) Coherent imaging of nanostructures
15) X-ray absorption come spettroscopia degli stati elettronici non occupati, XMCD come magnetometria, regole di somma, XMLD, altre geometrie
16) Fotoemissione da livelli interni, spostamenti chimici, spostamenti di superficie
17) Spettroscopia Auger AES
18) Fotoemissione risolta in angolo e spin (ARPES, SP-ARPES). Modello a tre tappe, modello ad elettroni indipendenti, geometria esperimenti, elementi di matrice, simmetrie. Stati di superficie del Rame, Stati immagine, Fotoemissione a 2 fotoni. EELS e HREELS. Scattering planare e speculare. Plasmoni di superficie.
19) ARPES interpretazione manybody, transizione metallo isolante alla superficie
20) Magnetismo dei materiali
21) Magnetismo delle superfici, ordine magnetico alle superfici, momento di spin e orbitale
22) Magnoni, spin deviations, tecniche di misura, trasporto di spin, Mott scattering, effetto Kerr e XMCD. Misura dello spin dei fotoelettroni
23) Fenomeni dinamici alle superfici, misure risolte in tempo, esperimenti pompa-sonda
24) Fononi di superficie. Scattering Raman e Brillouin.
25) Visita a Trieste del Sincrotrone Elettra, di NFFA-APE (sistemi di crescita, caratterizzazione, ARPES e XMCD, MOKE)
26) Visita a Trieste del FEL FERMI@Elettra, di NFFA-SPRINT (fotoemissione pump-probe con laser impulsato).
Prerequisiti e modalità di esame
PREREQUISITI
1. Trasformata di Fourier
2. Statistica di Boltzmann
3. Teoria elementare della diffrazione
4. Elementi di meccanica quantistica elementare: funzione d'onda, equazione di Schroedinger, barriera di potenziale, atomo di idrogeno, atomi a più elettroni.
5. Basi dell'interazione radiazione-materia: transizioni elettroniche tra livelli atomici indotte dall'assorbimento di radiazione
6. Concetto di struttura a bande in un solido (almeno il caso unidimensionale)
7. Concetto di fonone in un solido (almeno il caso unidimensionale)
8. Oscillatore armonico classico e quantistico
9. Equazioni di Maxwell nel vuoto e nei mezzi materiali
10. Prerequisiti addizionali per chi non frequentasse anche il primo modulo:
11. concetti basilari di termodinamica delle superfici: tensione superficiale e densità superficiale di energia libera
12. strutture periodiche in 2D - celle elementari, zona di Brillouin 2D
13. notazione di Wood per le ricostruzioni di superficie
14. teoria elementare della diffrazione nel caso 2D
15. concetto di stato di superficie come soluzione dell'equazione di Schroedinger che diviene permessa a causa delle differenti condizioni al contorno generate dalla creazione di una superficie.

MODALITA' D'ESAME
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso.
Metodi didattici
Modalità di frequenza:
Obbligatoria
Modalità di erogazione:
Tradizionale
Periodo
Primo semestre
Periodo
Primo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i