Physics - Fisica

CARLO MARIANI

OBIETTIVI GENERALI:
Il corso di Surface Physics and Nanostructures si propone di fornire le conoscenze necessarie sulle proprietà di sistemi solidi al variare delle dimensioni e di comprendere le loro caratteristiche dal punto di vista dei gradi di libertà sia elettronici sia reticolari. Verranno analizzate poi le proprietà ottiche di sistemi semiconduttori nanostrutturati e proprietà magnetiche di sistemi metallici nanostrutturati.
Al termine del corso, gli studenti e le studentesse potranno trasporre le conoscenze della fisica dei solidi in 3D a sistemi bidimensionali e unidimensionali e avere una conoscenza approfondita degli argomenti di frontiera nelle nanoscienze. Queste acquisizioni saranno verificate grazie anche alla presentazione degli argomenti in seminari tenuti dagli studenti.

OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere le proprietà dei sistemi solidi a bassa dimensione
OF 2) Comprendere l’effetto della dimensione ridotta
OF 3) Conoscere le tecniche più innovative per lo studio dei sistemi a bassa dimensione
B – Capacità applicative
OF 4) Saper dedurre le proprietà di una superficie o nanostruttura
OF 5) Saper individuare la tecnica utile a indagare una superficie o nanostruttura
C - Autonomia di giudizio
OF 6) Essere in grado di comprendere autonomamente un esperimento su sistemi a bassa dimensione
OF 7) Integrare le conoscenze acquisite al fine di poter affrontare un problema scientifico legato ai sistemi a bassa dimensione
D – Abilità nella comunicazione
OF 8) Saper comunicare le proprietà di un sistema a bassa dimensione
OF 9) Saper comunicare I vantaggi di una tecnica di indagine innovativa
E - Capacità di apprendere
OF 10) Avere la capacità di consultare letteratura scientifica specifica
OF 11) Avere la capacità di valutare la letteratura scientifica specifica
OF 12) Essere in grado di ideare e sviluppare un esperimento su sistemi a bassa dimensione

Conoscenza degli effetti della riduzione delle dimensioni fisiche (da 3D a 2D, 1D e 0D) sulle proprietà strutturali, elettroniche, magnetiche dei materiali - Nuove architetture su scala nanometrica, applicazioni attuali e in prospettiva - Nanostrutture e nuovi materiali a bassa dimensione per l’accumulo sostenibile dell'energia (idrogeno, metalli alcalini, etc.).
Apprendimento di nuove metodiche sperimentali per la crescita di nanostrutture e sistemi a bassa dimensione (PVD, CVD, MBE, SAM) attraverso studio della crescita di nano-strutture esemplari e per la loro caratterizzazione (microscopie, spettroscopie, diffrazione) – Crescita e caratterizzazione di nuove architetture su scala nanometrica, applicazioni attuali e in prospettiva per l’accumulo sostenibile dell'energia (idrogeno, metalli alcalini, etc.).

Conoscenze di base di Fisica della Materia Condensata e di Fisica dello stato Solido. Il corso è consigliato per studenti che seguano l'indirizzo di Fisica della Materia ma le conoscenze di base richieste sono sufficienti anche per studenti con indirizzo teorico, biofisico o di fisica delle particelle elementari.

Dalle superfici alle nuove architetture atomiche e molecolari - Sistemi bidimensionali (2D) e monodimensionali (1D) a confronto con i sistemi 3D - Struttura cristallina dei sistemi 3D e nei cristalli 2D (sistemi bidimensionali esemplari) – Simmetrie ed operazioni di simmetria - Termodinamica di sistemi di superficie - Processi di rilassamento, ricostruzione e transizioni di fase nella formazione di una superficie - Metodi di indagine strutturali in sistemi a bassa dimensione (AFM, STM, LEED, GIXD) - Gas di elettroni liberi in 1D e 2D - Struttura elettronica e densità degli stati in sistemi 1D e 2D (studio di sistemi esemplari) - Eccitazioni elementari in sistemi 2D (fononi e plasmoni etc.) – Nanostrutture magnetiche, la magnetoresistenza gigante - Metodi spettroscopici per lo studio delle nanostrutture (fotoemissione risolta in angolo, …) - Proprietà elettroniche di sistemi a bassa dimensione - Formazione di interfacce, eterostrutture, e nanostrutture: sistemi autoassemblati, sistemi ordinati su superfici nanostrutturate, il grafene (proprietà elettroniche, strutturali, crescita del grafene, modifica delle proprietà intrinseche del grafene, drogaggio, ...).

- articoli scientifici riguardanti le tecniche sperimentali specifiche del laboratorio, forniti dai docenti di riferimento del laboratorio scelto
- dispense del corso disponibili sul sito: https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=13562

alcuni capitoli selezionati e inseriti sul sito web* tratti da:
A. Zangwill, Physics at Surfaces, Cambridge Univ. Press
H. Lüth, Solid surfaces, interfaces and thin films, Springer
F. Bechstedt, Principles of Surface Physics, Springer

* https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=13562

Lezioni, alcuni seminari di esperti su temi di frontiera della fisica delle nanostrutture. Seminari organizzati dagli studenti e discussioni.

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria ma è fortemente consigliata.

Nella prova orale: Seminario breve (30') su argomenti scientifici legati alle nanostrutture, con interlocuzione sul programma svolto.

L'esame consiste in un seminario su di un tema a scelta ed un colloquio sui temi più rilevanti illustrati nel corso. Per superare l'esame lo studente/la studentessa deve essere in grado di presentare un argomento o ripetere un calcolo discusso durante il corso. Allo/a studente/studentessa verrà richiesto di applicare i metodi appresi in situazioni simili a quelle discusse durante il corso. Nella valutazione si tiene conto di:

- correttezza e completezza dei concetti esposti;
- chiarezza e rigore espositivo;
- ricerca e comprensione della letteratura recente sugli argomenti scelti per il breve seminario.

Gli studenti che dimostrino una conoscenza minima elementare degli argomenti riportati nel programma saranno valutati con 18/30; gli studenti che sappiano rispondere in modo buono alle domande e sappiano indicare una soluzione ai quesiti, sono valutati fino a 24/30; gli studenti che sappiano rispondere in modo molto buono alle domande e sappiano descrivere precisamente la soluzione dei quesiti sono valutati fino a 27/30; gli studenti che dimostrino la piena conoscenza del programma, con soluzione esatta dei quesiti, con totali capacità di inferenza, di collegamento e mostrando spirito critico saranno valutati fino a 30/30 e lode.

Struttura e proprietà elettroniche di materiali 2D; Grafene e sistemi basati sul C; Eterostrutture 2D; Funzionalizzazione di materiali 2D; Auto-aggregazione molecolare; Strutture ordinate metallo-organiche; Nanostrutture magnetiche; Interfacce ibride organico-inorganico; Nanofili semiconduttori; Punti quantici semiconduttori; Metodi di diffrazione per sistemi a bassa dimensione; Microscopie a scansione di sonda; Spettroscopie a scansione di sonda; Spettroscopia di fotoemissione