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Oggetto:
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Laboratorio di fisica della materia

Oggetto:

Material Physics Laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2014/2015

Codice dell'attività didattica
MFN0827
Docenti
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Prof. Ferruccio Balestra (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-101 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica Nucleare e Subnucleare e Biomedica
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
008510-102 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica Biomedica
008510-104 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica delle Tecnologie Avanzate
Anno
2° anno
Periodo didattico
Primo periodo didattico
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Il corso necessita una piena comprensione dei concetti di base di Fisica dello Stato Solido
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Fornire agli studenti le nozioni fondamentali di fisica del vuoto e di tecniche per la fabbricazione del vuoto e per la misurazione delle basse pressioni. Il corso offre altresì agli studenti la possibilità di effettuare misurazioni di spettroscopia ottica, termoluminescenza, spettroscopia di fotoemissione, fotoconduttiva, interferometria in luce bianca o con altre tecniche disponibili in laboratorio e introdotte nelle lezioni frontali, di analizzare i dati sperimentali con strumenti informatici dedicati e di trarre dalle misure le informazioni necessarie per la caratterizzazione dei materiali analizzati.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacita' di comprensione (knowledge and understanding)

Il corso fornirà una solida preparazione relativamente alle tecniche sperimentali nell’ambito della fisica delle tecnologie avanzate. In particolare, lo studente acquisirà

  • Nozioni fondamentali di fisica delle basse pressioni e di tecniche per la fabbricazione del vuoto e per la misurazione delle basse pressioni.
  • Nozioni riguardanti tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali avanzati e relativi dispositivi, basate sulla spettroscopia ottica e Raman, termoluminescenza, spettroscopia di fotoemissione, fotoconduttiva, interferometria in luce bianca o con altre tecniche disponibili in laboratorio.
  • Nozioni di tecniche acquisizione ed elaborazione dei dati sperimentali con strumenti informatici dedicati per estrarre dalle misure le informazioni necessarie per la caratterizzazione dei materiali analizzati.

Capacita' di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Il corso fornisce agli studenti le nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di alcune delle più diffuse tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali e dispositivi a stato solido.

In particolare, gli studenti acquisiranno:

  • capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica;
  • capacita' di utilizzare strumentazione tecnologicamente avanzata per misure di laboratorio nell'ambito, della fisica della materia.
  • capacità di applicare tecniche sperimentali adeguate per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di alcune tecniche delle più diffuse tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali e dispositivi a stato solido.
Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Discussione e valutazione in sede di esame di relazioni scritte sulle esercitazioni compiute, redatte in piccoli gruppi.

Esame orale, riguardante le tecniche sperimentali adottate e dei relativi modelli interpretativi. 

L'esame consisterà nella valutazione (per 15/30) della relazione di gruppo ed in un colloquio individuale.

Oggetto:

Attività di supporto

Possibili visite a laboratori di ricerca presenti nel territorio

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Programma

Programma:

    1. Mar. 23.09.2014; h. 14-16, Aula D - Prof. F. Balestra: Introduzione al concetto di vuoto. Importanza della tecnologia del vuoto. Teoria cinetica: distribuzione maxwelliana velocità;frequenza di uri tra le molecole; frequenza di urti sulle superfici; libero cammino medio e regime molecolare. Fenomeni fisici di base per la tecnologia del vuoto: Conducibilità termica; viscosità; diffusione; evaporazione e condensazione. Interazione gas supeficie: adsorbimento e desorbimento.
    2. Mer. 24.09.2014; h. 14-16, Aula Avogadro - Prof. F. Balestra: Flusso di gas ; volumetrico e massivo. Regimi di flusso. Conduttanza ed impedenza. Conduttanza di piccola apertura, conduttaza canalizzazione cilindrica. Sistemi da vuoto. Velocità di pompaggio: intrinseca e effettiva. Equazione del pompaggio: con e senza generazione di gas. Esempi.
    3. Gio.25.09.2014; h. 14-16, Aula D - Prof. F. Balestra: Misura della velocità di pompaggio: metodo volumetrico. Equazione del pompaggio: caso di velocità della pompa variabile con la pressione. Produzione del vuoto. Principali tipi di pompe: rotative;scroll;roots;turbomolecolari;a diffusione
    4. Lun. 29.09.2014;h. 14-16, Aula Franzinetti -  Prof. F. Balestra: Pompe: getter; pompe ioniche; ad adsorbimento; criogeniche. Misura del Vuoto. Principali tipi di vacuometri: Bourdon; a membrana;capacitivi; a conducibilità termica; a ionizzazione.
    5. Mar. 30.09.2014;h. 14-16, Aula D  - Prof. E. Vittone: introduzione alla spettroscopia di fotomemissione indotta da raggi x (XPS)
    6. Mer. 01.10.2014; h. 14-16, Aula Avogradro - Prof. E. Vittone: Strumentazione per XPS
    7. Gio. 02.10.2014; h. 14-16, Aula D – Prof. E. Vittone: Analisi degli spettri XPS; introduzione alla spettroscopia ed interferometria ottica
    8. Lun. 06.10.2014;h. 14-16, Aula Franzinetti - Prof. E. Vittone: - Misura di trasmittanza e riflettanza di film sottili e film spessi
    9. Mar. 07.10.2014; h. 14-16, Aula D -  Prof. E. Vittone: Misura di trasmittanza e riflettenza film sottili; Apparato sperimentale per l'interferometria in luce bianca.
    10. Mer. 08.10.2014; h. 14-16, Aula Avogadro -  Prof. E. Vittone: metodi di analisi dell'interferogramma.
    11. Lun. 13.10.2014; h. 14-16, Aula Franzinetti - Prof. E. Vittone: Introduzione alla spettroscopia Raman.
    12. Mar. 14.10.2014; h. 14-16, Aula D - Prof. E. Vittone: Apparato sperimentale della spettroscopia Raman.
Introduzione alle esperienze in laboratorio e al software per l’analisi dati
Esercitazioni  in laboratorio sulle tecniche introdotte nelle lezioni frontali.
 
 
 

Introduction to vacuum technique; main pumping systems and low pressure gauges.
White light interferometry for the optical characterization of dielectric thin films.
Introduction to the X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS) for the physico-chemical characterization of surfaces. 
Introduction to Raman spectroscopy for the structural characterization of solids

Introduction to the laboratory activities, to the experimental set-ups, to the analysis software.Laboratory activities on the measurements described during the lessons.


Program

  1. Mon. 29.09.2014;h. 14-16, Room Franzinetti, -  Prof. F. Balestra: Conductance of a short and long cylinder in molecular regime. Elements in a vacuum system. Pumping equation and velocity. Solution of equations without and with leakages. A method to measure the pumping velocity. Vacuum techniques: rotary pumps, diffusion, getter, adsorption, cryogenic pumps. Vacuum gauges: Bourdon . capacitive capacitivi. Heat transfer, ionization vacuum gauges.
  2. Tue. 30.09.2014;h. 14-16, Room D  - Prof. E. Vittone: introduction to x-ray photoemission spectroscopy (XPS).
  3. Wed. 01.10.2014; h. 14-16, Room Avogradro - Prof. E. Vittone: Instrumentation for XPS
  4. Thu. 02.10.2014; h. 14-16, Room D, Room Verde – Prof. E. Vittone: XPS spectral analysis. Introduction to optical spectroscopy and interferometry
  5. Mon. 06.10.2014;h. 14-16, Room Franzinetti , Room D - Prof. E. Vittone: - Transmittance and reflectance measurements of thick samples by with light interferometry
  6. Tue. 07.10.2014; h. 14-16, Room D -  Prof. E. Vittone: Transmittance and reflectance measurements of thin samples by with light interferometry
  7. Wed. 08.10.2014; h. 14-16, Room Avogadro -  Prof. E. Vittone: Methods to analyse interferograms
  8. Mon. 13.10.2014; h. 14-16, Room Franzinetti - Prof. E. Vittone: Introduction to Raman spectroscopy
  9. Tue. 14.10.2014; h. 14-16, Room D - Prof. E. Vittone: Raman spectrometers 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

[1] B. Ferrario, Introduzione alla tecnologia del vuoto, Patron Ed. 1999

 Le dispense e copia delle slides proiettate a lezione sono disponibili alla voce "materiale didattico".



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Note

Nessuna propedeuticità obbligatoria. Per le esperienze in laboratorio la frequenza è obbligatoria. Al termine dell'attività in laboratorio, gli studenti, suddivisi in gruppi, dovranno consegnare una relazione scritta sull'attività svolta.

LE RELAZIONI DOVRANNO ESSERE CONSEGNATE ENTRO IL 30.11.2014.

 

CALENDARIO DELLE PROVE DI VERIFICA

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Ultimo aggiornamento: 16/04/2015 15:14