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Oggetto:
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Laboratorio di fisica della materia

Oggetto:

Matter Physics Laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
MFN0827
Docente
Prof. Ettore Vittone (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 richiede una piena comprensione dei concetti di base di Fisica dello Stato Solido

The course requires a full understanding of the basic concepts of Solid State Physics
Propedeutico a
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti nozioni fondamentali su alcune tecniche sperimentali per lo studio dei materiali, sui relativi modelli interpretativi,  protocolli sperimentali ed approcci di analisi dei dati. L'insegnamento prevede attività in laboratorio in cui gli studenti potranno utilizzare strumentazione avanzata per effettuare misurazioni di osservabili relative a proprietà strutturali, composizionali, opto-elettroniche di materiali a stato solido. In particolare si tratteranno tecniche per la fabbricazione del vuoto e per la misurazione delle basse pressioni, di spettroscopia ottica, Raman, di fotoemissione.

The teaching is aimed to provide fundamental notions on some important experimental techniques for the study of materials, the relevant interpretative models, the experimental protocols and the data analysis techniques. During the Laboratory activities, students can use advanced instrumentation to measure physical observables relevant to structural, compositional, opto-electronic properties of solid state materials. in particular, techniques for vacuum fabrication and measurement, optical, Raman and photoemission spectroscopies will be available to the students for material characterization.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacita' di comprensione (knowledge and understanding)

Il corso fornische 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, 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 misura di osservabili fisiche caratterizzanti la struttura, composizione e funzionalità opto-elettronica di materiali e dispositivi a stato solido.

 

Knowledge and understanding

 The teaching will provide an introduction to the experimental technique within the Physics of Advanced technology. In particular, students will acquire:

  • Fundamental notions on the physics of vacuum and on techniques for the fabrication and measurements of low pressures.
  • Fundamental notions regarding experimental techniques for the characterization of advanced materials and devices, based on the optical, Raman, photoemission spectroscopy and other techniques available in laboratory.
  • Fundamental notions on the data acquisition techniques and on the analysis of experimental data, using suitable informatic tools

 Applying knowledge and understanding.

  •  ability to interpret experimental data by means of correct statistical data analysis;
  • ability to use advanced instrumentation for material characterization.
  • ability to apply adequate experimental techniques to measure the structural, compositional and functional properties of solid state materials and devices.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Il corso prevede 24 h di lezioni in aula in cui verranno introdotte le tecniche sperimentali, i protocolli sperimentali ed i modelli interpretativi e 32 h di attività in laboratorio (per studente). Gli studenti iscritti all'insegnamento si distribuiranno in gruppi da 3 o (max) 4 membri per svolgere le attività sperimentali nei tempi pianificati dal calendario di occupazione della strumentazione.

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria. E' obbligatoria la frequenza in laboratorio per almeno il 70% delle ore previste.

The teaching is organized in

24 h of lecturers aimed to present some experimental techniques, experimental protocols and interpretative models

32 h of laboratory activities (per student). The students will be divided in working groups (3-4 students) to carry out measurements during the time planned in the calendar of the laboratory sessions.

The participation to the frontal lectures is not compulsory.
The participation to the ithe laboratory is  mandatory for at least 70% of the time devoted to laboratory activities

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento si articolerà in due valutazioni:

valutazione delle attività di laboratorio

tale valutazione è volta a verificare la capacità dello studente  ad utilizzare con procedure appropriate la strumentazione di laboratorio per la caratterizzazione dei materiali e gli opportuni metodi di analisi statistica dei dati. Lo strumento di verifica è un rapporto tecnico delle attività svolte in laboratorio, redatto da ogni gruppo di lavoro. La relazione dovrà essere consegnata (in formato elettronico) entro una settimana dal termine delle attività di laboratorio. Eventuali ritardi saranno penalizzati in sede di valutazione. Entro una settimana dalla consegna delle relazioni i gruppi di lavoro verranno invitati a discutere le relazioni. La discussione verterà sull'analisi della relazione, in termini di uso corretto della notazione scientifica, uso corretto del protocollo di misura, adeguata analisi statistica dei dati, risultati ottenuti. E' richiesta la presenza  di almeno un rappresentante per gruppo. La valutazione finale sarà comune a tutti i membri del gruppo. La valutazione ha una validità di 24 mesi.

DISCUSSIONE DELLE RELAZIONI:

MERCOLEDI' 14 dicembre, h. 14.00 nel Laboratorio di Fisica dello Stato Solido, III piano interrato

Calendario:

h. 14.00: gruppo 1, h. 14.30: gruppo 2, h. 15.00: gruppo 3, h. 15.30

valutazione della prova orale

tale valutazione è volta a verificare la conoscenza dei modelli fisici fondamentali alla base delle tecniche sperimentali per la caratterizzazione dei materiali  e verificare la capacità di esporre il protocollo di misura e l'analisi statistica adottata durante le attività svolte in laboratorio. Per accedere alla prova orale e' necessario aver acquisito una votazione di almento 18/30. La prova orale consisterà in una domanda relativa alle misurazioni effettuate in laboratorio ed in una domanda su altri argomenti trattati a lezione.

CALENDARIO PROVE ORALI: 

Il voto finale sarà la media delle valutazioni (espresse in trentesimi) riportate nelle due prove.

 Il calendario delle sessioni d'esame è riportato nella piattaforma ESSE3. 

Sessioni straordinarie possono essere richieste solo da studenti in prossimità di discutere la tesi e aventi questo come ultimo esame.

  

 

The exam is structured in two parts:

 Laboratory reports:

This exam is aimed to verify the student abilities to properly use the instrumentation and data analysis techniques for material characterization. The laboratory groups will have to present their group-based laboratory reports to the teacher within one week from the conclusion of the laboratory sessions. Any delay will be penalized in the assessment. Within one week from the report delivery, the groups will be invited to discuss the report. The discussion will be about the correct use of the scientific notation, of the experimental protocol and of the statistical data analysis. The assessment is relevant to all the group members and its validity is 24 months.

 Oral Exam:

This exam is aimed to verify the knowledge of the fundamental physical models relevant to the experimental techniques for material characterization, and to verify the ability to properly show the experimental techniques and the interpretative models of the laboratory activities. Only students with a sufficient evaluation of their laboratory reports (>18/30) will be admitted to the oral exam. The exam will consist in answers relevant to one of the experimental techniques used in the laboratory and one question on topics presented during the course lectures.

The final mark will result from the average of the marks obtained in the 2 above-mentioned exams (evaluation of the laboratory reports,  oral exam).

The calendar of exams sessions is shown on the ESSE3 website.
Out of schedule sessions can be granted to students only if they are close to their thesis dissertation, and if they don't have any courses left to follow and only one exam left to undertake.

 

Oggetto:

Attività di supporto

VISITA AL LABORATORIO Quantum Research Laboratory - INRiM, Strada delle Cacce 91: 

Venerdì 17 novembre 2017, h. 14.30-16.30

VISIT TO THE LAB Quantum Research Laboratory - INRiM, Strada delle Cacce 91: 

Friday 17 november 2017, h. 14.30-16.39

Oggetto:

Programma

CALENDARIO LEZIONI FRONTALI

Lun. 25.09.2017;

h. 14-16,Aula Avogadro

Introduzione al concetto di vuoto. Importanza della tecnologia del vuoto. Unità di misura. Regimi di basse pressioni. Conduttanza. Equazione fondamentale per la fabbricazione del vuoto

Mar. 26.09.2017;

h. 14-16, Aula Avogadro

 Esempi numerici di applicazione dell'equazione fondamentale per la stima del tempo di svuotamento di un volume. Velocità efficace di pompaggio.

Sistemi di pompaggio: pompa meccanica rotativa, pompa a diffusione, pompa turbomolecolare

Mer. 27.09.2017;

h. 14-16, Aula Avogadro

 Pompa ionica

Vacuometri: di Bourdon, capacitivo, pirani, termocoppia, a ionizzazione con filamento caldo, penning

Introduzione alla misurazione della velocità di pompaggio di una pompa in regime viscoso.

Gio.28.09.2017;

h. 14-16, Sala Castagnoli

Introduzione alla Spettroscopia Elettronica indotta da raggi x (XPS).

Principi fondamentali: effetto fotoelettrico, effetto Auger.

Interpretazione degli spettri XPS 

Ven.29.09.2017;

h. 14-16, Aula Verde

Spettroscopia XPS. Analisi quantitativa degli spettri

Interpretazione degli spettri XPS

Lun. 02.10.2017;

h. 14-16, Aula Avogadro

 Strumentazione XPS. Camera d'analisi, sorgente RX, Analizzatore.

Protocollo di misura

Mar. 03.10.2017;

h. 14-16, Aula Avogadro

 Introduzione alla spettroscopia ottica ed interferometria in luce bianca

Misure di trasmittanza di film sottili. Interpretazione dell'interferogramma

Mer. 04.10.2017;

h. 14-16, Aula Avogadro

 Misure di riflettanza di film sottili

Misure di trasmittanza e riflettanza di campioni otticamente spessi

Lun. 16.10.2017;

h. 14-16, Aula Avogadro

 Apparato sperimentale per l'interferometria in luce bianca.

Metodi di analisi dell'interferogramma. 

Mar. 17.10.2017;

h. 14-16,Aula Avogadro


Introduzione alla spettroscopia Raman.

Mer 18.10.2017;

h. 14-16, Aula Avogadro

 

Apparato sperimentale per la spettroscopia Raman dei solidi; Analisi degli spettri Raman 

 

Gli studenti sono suddivisi in 3 gruppi, sulle seguenti postazioni di lavoro:

XPS,  Interferometria ottica, Basse pressioni, spettroscopia Raman, 


 CALENDARIO ATTIVITA' IN LABORATORIO

Consegna delle relazioni di laboratorio: lunedì 04 dicembre 2017.


 

Schedule of Classes

Mon. 25.09.2017;

h. 14-16, Room Avogadro

 Introduction to vacuum technique. Units. Vacuum regimes. Conductance, Vacuum Fundamental equations.

Tue. 26.09.2017;
h. 14-16, Room Avogadro

Numerical examples of applications of the fundamental equation. Effective pumping velocity.

Pumps: rotative mechanical pump, diffusion pumps, turbomolecular pumps. 

Wed. 27.09.2017;
h. 14-16, Room Avogadro

Ion pumps.

Vacuum gauges. Bourdon, capacitive, Pirani, Thermocouple, Ion gauge, Penning gauge. 

Introduction to the measurement of the pumping speed in rough vacuum regime

Thu.28.09.2017;
h. 14-16, Room Castagnoli

Introduction to X-ray Photoelectron Spectroscopy

Fri. 29.09.2017;
h. 14-16, Room Verde

XPS spectral analysis

Mon. 02.10.2017;
h. 14-16, Room Avogadro

 Instrumentation for XPS

Tue. 03.10.2017;
h. 14-16, Room Avogadro

Introduction to optical spectroscopy and interferometry.

Measurement of Transmittance of thin films.

Wed. 04.10.2017;
h. 14-16, Room Avogadro

Measurement of Reflectance of thin films.

Measurements of transmittance and reflectance of thickk samples.

Interpretation of interferograms

Mon. 16.10.2017;
h. 14-16, Room Avogadro

Experimental set-up for white light interferometry experiments

Interpretation of interferograms

Tue. 17.10.2017;
h. 14-16, Room Avogadro

Introduction to Raman spectroscopy

Wed. 18.10.2017;
h. 14-16, Room Avogadro

Experimental set up. cases of study

 

 The students are organized in  3 groups, which will work on 4 workstations 

XPS;  Optical spectroscopy; Vacuum Technology; Raman Spectroscopy: 

 Timetable of the laboratory availability 

Deadline for the submission of the final report: thursday, December 4th, 2017

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Introduzione alla tecnologia del vuoto
Autore: Bruno FerrarioEdizione: 2. ed. riv. ed ampliata / da Anita Calcatelli
Casa editrice: Bologna : Pàtron, 1999
ISBN: 8855525107

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

The following textbook is unfortunately available just in an Italian edition

Introduzione alla tecnologia del vuoto
Author: Bruno Ferrario Edizione: 2. ed. riv. ed ampliata / da Anita Calcatelli
Publishing company: Bologna : Pàtron, 1999
ISBN: 8855525107

Lecture Notes available at the "Materiale Didattico" web page.



Oggetto:

Orario lezioni

GiorniOreAula
Lunedì14:00 - 16:00Aula Avogadro Dipartimento di Fisica
Martedì14:00 - 16:00Aula Avogadro Dipartimento di Fisica
Mercoledì14:00 - 16:00Aula Avogadro Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 26/09/2016 al 25/11/2016

Nota: In aula fino al 19/10

Oggetto:

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 LUNEDI' 04.12.2017

DISCUSSIONE DELLE RELAZIONI: 

VENERDI' 07 dicembre 2017, h. 14.30 nel Laboratorio di Fisica dello Stato Solido, III piano interrato 

Calendario: 

h. 14.30: gruppo 1, h. 15.00: gruppo 2, h. 15.30: gruppo 3, h. 16.00: gruppo 4, h. 16.30 

CALENDARIO PROVE ORALI:

 

No prerequisites required. For the experiences in the laboratory, attendance is mandatory. At the end of lab activity, the students, divided in groups, have to hand in a written report on the performed experiences.

THE REPORTS HAVE TO BE HANDED IN WITHIN MONDAY 04.12.2017

REPORTS DISCUSSION:

FRIDAY 7th December, h 2.30 P.M. at Solid-State Physics Laboratory, III floor underground.

Schedule: 

h. 2.30 P.M.: group 1, h. 3.00 P.M.: group 2, h. 3.30 P.M.: group 3, h. 4.00 P.M.: group 4, h. 4.30 P.M.: 

ORAL EXAMINATIONS SCHEDULE: 

Oggetto:
Ultimo aggiornamento: 02/11/2017 13:26