Physics - Fisica

STEFANO LUPI
STEFANO LUPI

OBIETTIVI GENERALI:
l corso di "Nanofotonica e Metodi Spettroscopici" si propone di fornire le conoscenze necessarie sulle tecniche spettroscopiche e di nanofotonica nella materia condensata per comprendere le caratteristiche dei materiali dal punto di vista dei gradi di libertà elettronici, reticolari e vibrazionali sia all’equilibrio che fuori equilibrio. Diverse tecniche spettroscopiche: scattering dei neutroni, scattering e assorbimento della radiazione elettromagnetica verranno studiate all’interno dello stesso formalismo della matrice di scattering S e del teorema della risposta lineare. Si capirà come da queste tecniche è possibile studiare lo spettro delle eccitazioni fondamentali nella materia condensata quali lo spettro fononico, l’assorbimento elettronico di particella libera, gli effetti della transizione superconduttiva nelle proprietà elettromagnetiche, le transizioni vibrazionali nei liquidi e nei sistemi biofisici. Al termine del corso, gli studenti svilupperanno doti di ragionamento quantitativo e abilità di risoluzione analitica utili per studiare, modellizzare e comprendere i fenomeni relativi alle proprietà elettroniche e vibrazionali della materia condensata.

OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere i fondamenti delle differenti spettroscopie nell’ambito della risposta lineare
OF 2) Comprendere come ricavare gli lo spettro delle eccitazioni rilevanti di liquidi densi e diliuti e solifìdi cristallini.
OF 3) Comprendere i principi dell’interazione tra radiazione e materia neutroni materia

B – Capacità applicative
OF 4) Imparare a scegliere la tecnica spettroscopica più vantaggiosa per lo studio di specifici problemi di materia condensata
OF 5) Comprendere la complementarietà tra le tecniche spettroscopiche
OF 6) Essere in grado di comprendere le potenzialità e le limitazioni sperimentali delle varie tecniche considerate

C - Autonomia di giudizio
OF 7) Essere in grado di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle successivamente nel contesto più generale della fisica della materia condensata

D – Abilità nella comunicazione
OF 8) Saper comunicare i concetti base delle diverse tecniche spettroscopiche e i risultati potenzialmente ottenibili nei vari ambiti.

E - Capacità di apprendere
OF 9) Avere la capacità di consultare autonomamente testi di base e in qualche caso articoli scientifici al fine di approfondire in modo autonomo alcuni argomenti introdotti durante il corso.

Alla fine del corso lo studente dovra' avere una conoscenza approfondita delle varie tecniche spettroscopichee il loro uso per la misura delle eccitazioni nella materia condensata

Conoscenze di Fisica dello stato solido e della materia condensata

Programma del corso di « Spectroscopy Methods and Nanophotonics »

Prof. Stefano Lupi

Generalities
1) Probe-Target Interaction; Equilibrium and non Equilibrium dynamics;
2) Scattering Matrix and Linear Response Theorem; Detailed Balance Theorem; Correlation Functions and Spectroscopies;
3) Time Domain and Frequency Domain Spectroscopies ; Spatial and Time Resolution;
Techniques
1) Radiation-Matter Interaction; Correlation Functions;
Optical Properties of a Fermi Liquid; Reflectivity, Optical Conductivity, Dielectric Function, Refraction Index; Infrared Phonon Absorption;
Optical Properties of a Superconductor;
Infrared Absorption in Biological Systems;
Light Scattering, Polarizability-Polarizability Correlation Function; Raman and Brillouin Scattering;
Microscopy and Diffraction Limit;
2) Thermal Neutron Scattering; Generalities and Density-Density Correlation Function;
Bragg Peaks and long range order; Magnetization-Magnetization Correlation Function and Magnetic long range order;
Vibrational modes in solids; Phonon Dispersion; Density-Density Correlation Function in Liquids; Raleygh and Brillouin Peaks;
3) Time Resolved Spectroscopies; Time scales; Out of Equilibrium States;
Ultrafast Response in Metals and Semiconductors;
Nanophotonics; Optical Near field; Nano Spectroscopy Probes: Applications in Solid State Physics and Biophysics;
Photoemission in Solids.

L'esame puo' essere preparato usando le slides e i testi disponibili sul sito del docente

https://sites.google.com/uniroma1.it/sapienza-terahertz/home

Il corso si svolgerà nel secondo semestre: se l’emergenza sanitaria da COVID-19 consentirà di svolgere le lezioni in presenza il corso verrà erogato in modalità tradizionale, se viceversa non sarà possibile verrà erogato a distanza in conformità a quanto verrà stabilito dalle autorità competenti e dalle disposizioni di Ateneo

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

L'esame consiste in una prova orale con un argomento a piacere sul programma portato dal candidato e domande sul programma del docente

Scattering neutroni termici
Assorbimento della radiazione elettromagnetica
Modello di Drude
Spettroscopia risolta in frequenza e tempo
Spettroscopia Raman
Teorema della risposta lineare
Nanofotonica

• Teoria generale della spettroscopia
  • Testi di riferimento: Slides del docente