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Introduzione alle nanoscienze

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Introduction to nanosciences

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Anno accademico 2021/2022

Codice dell'attività didattica
FIS0092
Docente
Dr. Federico Ferrarese Lupi (Titolare del corso)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
D=A scelta dello studente
Crediti/Valenza
3
SSD dell'attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Modalità di erogazione
Mista
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto
Prerequisiti

Meccanica Quantistica I
Struttura della Materia con Laboratorio

Quantum Mechanics I
Structure of Matter
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L'insegnamento si prefigge di
  • fornire informazioni di base per comprendere alcuni fenomeni fisici che intervengono nella materia quando confinata alla nanoscala e che possono essere interpretati solo nell'ambito di modelli quantistici. 
  • fornire una introduzione alle nanotecnologie intese come tecniche di sintesi di nanomateriali, fabbricazione di nanodispositivi e tecniche di caratterizzazione.
  • illustrare alcuni esempi di applicazione di materiali nanostrutturati o nanodispositivi nell'ambito dell'elettronica, fisica medica, biofisica, sensoristica, metrologia.
 

The course aims to provide

  • basic elements to unederstand some physical phenomena occurring at the nanoscale, which can be interpreted within models based on quantum mechanics
  • an introduction to nanotechnologies regarding the synthesis of nanomaterials,  the fabrication of nanodevices and characterization techniques
  • examples of applications of nanostructured materials and nanodevices in electronics, medical physics, biophysics, sensing, metrology.
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Risultati dell'apprendimento attesi

  

Conoscenza e capacità di comprensione

  • Conoscenza di alcuni concetti di base e capacità di comprensione di modelli quantomeccanici che governano fenomeni alla nanoscala non riconducibili alla controparte macroscopica.
  • Conoscenza di alcune tecniche di sintesi dei nanomateriali, fabbricazione di nanodispositivi e relativi metodi di caratterizzazione
  • Conoscenza di alcune applicazioni di nanomateriali e nanodispositivi in campo scientifico e tecnologico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

  • capacita' di applicare modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni alla nanoscala.
  • capacità di valutare gli ordini di grandezza, di svolgere calcoli elementari e di risolvere semplici problemi riguardanti le proprietà dei nanomateriali.
  • capacita' di individuare le tecniche sperimentali adatte per la caratterizzazione dei nanomateriali.

Knowledge and understanding

  • understanding the basic concepts of quantum model govering phenomena, which are specific for the nanoscale and not occurring in bulk materials
  • understanding techniques for the synthesis of nanomaterials, for the fabrication of nanodevices and for their characterization.
  • understanding of nanomaterials and nanodevices applications both in science and technology.

Applying knowledge and understanding

  • ability to understand and manage fundamental physical models to interpret  phenomena occurring at the nanoscale
  • ability to evaluate the order of magnitude of the physical observables, to perform basic calculations and to solve simple problems relevant to nanomaterials.
  • ability to select the proper experimental techniques for the characterization of nanomaterials and devices.
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Modalità di insegnamento

Il corso si articola in 24 h (corrispondenti a 3 CFU) di lezioni ed esercitazioni.

Sono previsti seminari tematici, presentati da esperti nel settore, al termine di ogni modulo di insegnamento.

 EMERGENZA SANITARIA: Tutte le lezioni saranno erogate anche in modalità telematica sincrona, seguendo la calendarizzazione delle lezioni stesse nel periodo didattico. 

Tutte le lezioni si terranno in presenza nell'Aula Magna Regge (Dipartimento di Fisica) e nella stanza Webex del docente. 

https://unito.webex.com/meet/federico.ferrareselupi

 

The course is organized in 24 h (relevant to 3 CFU) of lessons and exercises.

Seminars, given by experts in the fields, will be organized at the end of each teaching module.

 HEALTH EMERGENCY: all lectures will be also given online in synchronous mode by following the planned timetable of the lectures during the teaching period.

The lectures will be given in presence (Aula Magna Regge - Dipartimento di Fisica) and in the virtual Webex room of the teacher. 

https://unito.webex.com/meet/federico.ferrareselupi

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Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento consiste in una prova scritta volta a  verificare la capacità dello studente  ad applicare correttamente i modelli fisici per la descrizione corretta dei fenomeni che avvengono alla nanoscala. La prova scritta consisterà in esercizi numerici riguardanti argomenti trattati nelle lezioni frontali.

Esempi di prova scritta

Ultima prova scritta

Durata: 2 h

Note: Non sarà consentito portare alla prova scritta libri o appunti; saranno disponibili dati essenziali (e.g. costanti fondamentali, tabella periodica degli elementi ed alcune formule fondamentali) per poter svolgere gli esercizi.  

 EMERGENZA SANITARIA: Nel caso perdurasse l'emergenza sanitaria, si adotterà la modalità di conduzione degli esami per via telematica. Tali modalità di verifica dell'apprendimento potranno subire variazioni sulla base di future disposizioni emanate dall'Ateneo e/o dal Corso di Studi.

The learning verification consists in a  written exam aimed to verify the ability of the student to properly apply quantum model for the physical phenomena appearing at the nanoscale. The exam will consist in numerical exercises regarding topics included in the program and similar to those presented during the lectures. 

Duration: 2 hours.

Notes: Students will not be allowed to carry books or notes; synthetic notes (with fundamental constants, periodic table of elements, several fundamental formulas) will be available to support the students in the exam. 

 HEALTH EMERGENCY: In concurrence with the health emergency, the teachers will adopte online exam procedures, as defined by future dispositions of the University of Torino and/or of the Physics Degree council.

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Attività di supporto

Slides, videoregistrazioni e dispense sono disponibili alla voce "Materiale didattico" o sulla piattaforma MOODLE

Durante il corso verranno organizzati i seguenti seminari tematici : 

- Dr. Eleonora Cara "Materiali auto-assemblanti per la sensoristica e la metrologia" - 07/06/2022

 

- Dr. Angelo Angelini "Materiali nanostrutturati per applicazioni ottiche" - 08/06/2022

 

- Dr. Gianluca Milano "Fabrication and characterisation of memristive devices" - 10/06/2022

 

During the course, seminars will be organized the following lectures:

 

- Dr. Eleonora Cara "Materiali auto-assemblanti per la sensoristica e la metrologia" - 07/06/2022

 

- Dr. Angelo Angelini "Materiali nanostrutturati per applicazioni ottiche" - 08/06/2022

 

- Dr. Gianluca Milano "Fabrication and characterisation of memristive devices" - 10/06/2022

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Programma

Il programma è dettagliato nella piattaforma MOODLE

  •  Introduzione
    • Definizione della nanoscala
    • Definizione nanomateriale
    • Nanoscienze e nanotecnologie
    •  
  • Tecniche di caratterizzazione:
    • Microscopie:
      • Ottica
      • Elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM)
      • a scansione di sonda: a scansione a effetto tunnel (STM), a forza atomica (AFM), elettrica (EFM)...
    • Spettroscopia:
      • assorbimento UV-Vis-IR
      • fotoluminescenza
      • Raman
    • Diffrazione dei raggi x.
  • Tecniche di sintesi:
    • approccio bottom-up
    • approccio top-down  
  • Materiali autoassemblanti
    • Micelle
    • Nanosfere
    • Nano-Origami
    • Copolimeri a Blocchi
    • Directed self-assembly
  • Sistemi basso dimensionali
    • Quantum dots
    • Silicio poroso
    • Nanofili
    • Nanotubi
    • Materiali 2D (X-eni, transition metal dichalcogenides)

The program is given in detail on the MOODLE platform

  •  Introduction
    • Definition of nanoscale
    • Definition of nanomaterial
    • Nanoscience and nanotechnology
  • Characterization techniques:
    • Microscopies:
      • Optical microscopy
      • Scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopies. 
      • Scanning tunnel (STM), atomic force (AFM), electric force (EFM)..... probe microscopies.
    • Spectroscopies:
      • UV-Vis-IR absorption
      • photoluminescence 
      • Raman spectroscopy
    • x-ray diffraction.
  • Synthesis techniques
    • bottom-up approach
    • top-down approach (self-assembling materials)
  • Self-assembling materials
    • Micelles
    • Nanospheres
    • Nanotubes
    • Nano-origami
    • Block copolymers
  •  Nanostructures:  
    • Quantum dots
    • Porous silicon
    • Nanowires
    • Nanotubes
    • 2D materials (X-enes, transition metal dichalcogenides)

 

Testi consigliati e bibliografia

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Introduzione alla Fisica dello Stato Solido
Autore: Charles KittelEdizione: 2008
Casa editrice: Casa Editrice Ambrosiana
ISBN: 0-471-41526-X

Introduction to Nanoscience
Autore: G.L. Hornyak, J. Dutta, H.F. Tibbals, A.K. RaoEdizione: 2008
Casa editrice: CRC Press Taylor & Francis Group
ISBN: 978-1-4200-4805-6

 

Url: https://nanohub.org/

 



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Note

Il programma dettagliato, la bibliografia, le slides, le videoregistrazioni sono disponibili sulla piattaforma MOODLE

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Ultimo aggiornamento: 10/06/2022 09:01
Location: https://fisica.campusnet.unito.it/robots.html
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