Corso di laurea in Fisica

Il corso richiede una piena comprensione dei concetti di base di Fisica dello Stato Solido

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 morfologiche,  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 e microscopia elettronica.

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 microscopia elettronica, 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.

 

 

Il corso prevede 22-24 h di lezioni in cui verranno introdotte le tecniche sperimentali, i protocolli sperimentali ed i modelli interpretativi e 36 h di attività in laboratorio (per studente).

Seguendo le linee guida dell'Ateneo, l’insegnamento per la parte frontale è erogato in presenza (in aula, se possibile, o in altra sede), in diretta streaming e la lezione viene registrata e sarà resa disponibile sulla piattaforma Moodle.

La diretta streaming avverrà sulla piattaforma WEBEX al link https://unito.webex.com/meet/ettore.vittone

Per quanto riguarda le attività laboratoriali, 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.

Si cercherà di garantire l'erogazione della didattica laboratoriale in presenza compatibilmente con le normative vigenti, ovvero in termini di numero massimo di frequentatori simultanei del laboratorio. Eventuali rimodulazioni della calendarizzazione delle sessioni laboratoriali saranno valutate dai docenti sulla base dei vincoli che saranno imposti all'accessibilità dei laboratori.

CALENDARIO ATTIVITA' LABORATORIALI a.a. 2021-2022 (da definire)

La verifica dell'apprendimento si articolerà in:

A1-Relazione delle attività di laboratorio

Le relazioni saranno valutate al fine di 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.  

Nel termine stabilito, i singoli gruppi dovranno consegnare (formato pdf) un rapporto tecnico (relazione) sulle misurazioni svolte. Eventuali ritardi saranno penalizzati in sede di valutazione.

Oltre alle relazioni sulle attività laboratoriali, ogni gruppo dovrà svolgere l'analisi di spettroscopia XPS che troverà nella relativa cartella alla voce "Lab Reports" sulla piattaforma Moodle

B-Valutazione fra pari delle attività di laboratorio

Ad ogni studente verrà richiesta una valutazione di una relazione di una esperienza svolta da un altro gruppo. La valutazione sarà anonima (i.e. il gruppo in esame non conoscerà il nome del valutatore). Entro le scadenze, lo studente dovrà produrre una valutazione sul lavoro che ha esaminato, sulla base di linee guida fornite dal docente.

A2-Valutazione delle attività svolte in laboratorio

Entro una settimana dalla consegna delle valutazioni di cui al punto B,  i gruppi di lavoro verranno invitati a discutere le relazioni. La discussione verterà sull'analisi della relazione (effettuata dal docente e dagli studenti coinvolti nel punto B), in termini di uso corretto della notazione scientifica, uso corretto del protocollo di misura, adeguata analisi statistica dei dati, risultati ottenuti. La valutazione finale sarà comune a tutti i membri del gruppo. La valutazione ha una validità di 24 mesi.

C-Colloquio

Per accedere alla prova orale e' necessario aver acquisito una votazione sufficiente delle relazioni (punto C). 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. La prova orale consisterà in una domanda relativa alle misurazioni effettuate in laboratorio ed in una domanda su altri argomenti trattati a lezione.

Il voto finale per ogni strudente sarà la media ponderata delle valutazioni 

1. relazione di laboratorio - punto A (valutazione comune a tutto il gruppo)
2. valutazione fra pari - punto B 
3. prova orale - punto C

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Scadenze:

Consegna delle relazioni (formato pdf, via e-mail al docente): 

entro il 14.12.2021, da consegnare via e-mail in formato pdf.

il gruppo 1 potrà consegnare la relazione sulla spettroscopia Raman entro il 18.12.2021;

Lo svolgimento dell'esercizio di analisi dati XPS entro il 19.12.2021 per tutti i gruppi

Valutazione fra pari:

le relazioni da valutare saranno disponili dal 14.12.2021 sulla piattaforma MOODLE alla voce "PEER REVIEW".

Consegna delle valutazioni: 20.12.2021.

La valutazione della relazione, redatta sulla base delle linee guida disponibili alla voce "materiale didattico", dovrà essere consegnata  al docente entro una settimana dalla consegna della relazione da valutare.

Discussione delle relazioni:

20.12.2021

h. 16.45 - Gruppo 1

h. 17.20 - Gruppo 2

h. 18.00 - Gruppo 3

h. 18.40 - Gruppo 4

in modalità telematica presso la stanza Webex del docente

https://unito.webex.com/meet/ettore.vittone

Le eventuali correzioni dovranno essere consegnate entro il giorno 21 dicembre.

Prova Orale:

Gli studenti potranno sostenere la prova orale in presenza  il giorno 23.12.2021 a partire dalle ore 14.00 in aula Wick.

Il colloquio successivo si terrà il 14 gennaio alle ore 8.30, in aula Avogadro.

Gli studenti che si trovano nelle seguenti condizioni:
1. fragilità 
2. residenza o domicilio fuori regione;
3. assenza temporanea dal territorio regionale per esigenze documentabili
4. presentino delle fragilità di salute o ricadano in una delle condizioni per
cui si è impossibilitati a uscire di casa per quarantena obbligatoria o
cautelativa

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

Potranno essere organizzati seminari tenuti da esperti nel settore della fisica dei materiali e/o visite presso centri di ricerca nel territorio. Dettagli sono disponibili al sito del gruppo di fisica dello stato solido 

 

Il programma del corso prevede lezioni frontali propedeutiche alle esperienze in laboratorio (24 h.) ed attività laboratoriale (36 h.) riguardanti i seguenti argomenti:

Tecnologia del vuoto:

• Introduzione alle tecnologie del vuoto
• Unità di misura 
• Regimi in conduzione di bassa pressione
• Conduttanza
• Equazioni fondamentali
•  Velocità effettiva di pompaggio
• Principi di funzionamento delle pompe da vuoto: pompe rotative, meccaniche, turbomolecolari, ioniche 
• Principi di funzionamento dei principali vacuometri
• Introduzione alla misura della velocità di pompaggio in regime di basso vuoto.

Interferometria in luce bianca

• introduzione alla spettroscopia ottica ed interferometria
• Misura della trasmittanza e riflettranza di campioni otticamente spessi
• Misura della trasmittanza e riflettanza di film sottili 
• Interpretazione degli interferogrami
• Introduzione alle misurazioni di interferometria in luce bianca; apparato sperimentale.  

Spettroscopia Raman

• Introduzione alla spettroscopia Raman
• Apparato sperimentale e casi di studio

Microscopia elettronica a scansione

• Interazione di elettronic con la materia
• Introduzione alla microscopia elettronica a scansione
• Microscopio elettronico a scansione e casi di studio

Spettroscopia fotoelettronica

• Introduzione alla spettroscopia fotoelettronica
• Effetto fotoelettrico, effetto Auger, interpretazione di spettri XPS
• Apparato sperimentale e protocollo di misura 

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

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.