Ingegneria delle Nanotecnologie - Nanotechnology Engineering

Il corso di Chemistry for Nanotechnology si pone l’obiettivo di fornire agli studenti gli strumenti per una comprensione critica della relazione tra struttura, reattività chimica e proprietà chimico-fisiche delle principali classi di solidi passando dalla macro alla nanoscala. A tal fine vengono richiamati concetti di chimica di base ed approfondite le nozioni di chimica inorganica, organica e di stato solido. Parallelamente vengono illustrate le principali tecniche di sintesi, processing e caratterizzazione di materiali in forma di bulk e film sottile. Gli effetti della nanoscala sulle proprietà catalitiche, elettriche, termiche, ottiche e di superficie di materiali a bassa dimensionalità vengono descritti allo scopo di comprendere la funzionalità di tali sistemi nelle applicazioni di interesse per le nanoscienze e nanotecnologie.

Introduzione: Cos'è la chimica per la nanotecnologia?

Nozioni di base: Atomi e molecole – La tavola periodica degli elementi – La mole – I legami ionici – I legami covalenti: teoria VB – Teoria VSEPR – Ibridazione – Orbitali molecolari – Legami metallici – Legami deboli

Reattività: Reazioni chimiche e come bilanciarle

Chimica organica: Fondamenti di chimica organica – I principali gruppi funzionali: proprietà e reattività – Polimeri organici

Termochimica: Enunciati generali – Funzioni di stato – Legge di Hess

La materia ei suoi stati fisici: Stato gassoso – Stato liquido – Stato solido – Soluzioni – Colloidi

Equilibrio chimico: quoziente di reazione e costante di equilibrio – Acidi e basi – Equilibri di solubilità

Elettrochimica: Generalità – Potenziali redox standard – Corrosione – Elettrolisi

Metodi e tecniche di sintesi per materiali nanostrutturati: Approccio chimico umido – Sintesi sol-gel – Deposizione chimica in fase di vapore – Metodi elettrochimici

Materiali nanostrutturati: nanostrutture metalliche e di ossidi metallici – nanostrutture di carbonio – polimeri nanostrutturati – monostrati autoassemblati

• Argomento 1 - Fondamenti di chimica generale: atomi, molecole, legami chimici, reattività (settimane 1-3)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma Moodle
• Argomento 2 - Fondamenti di chimica organica (settimane 4-5)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma Moodle
• Argomento 3 - Polimeri organici (settimana 6)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma Moodle
• Argomento 4 - Termochimica (settimana 6)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma Moodle
• Argomento 5 - Stati fisici della materia ed elementi di cristallografia (settimana 7)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma Moodle
• Argomento 6 - Soluzioni e colloidi (settimana 8)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma Moodle
• Argomento 8 - Acidi e basi (settimana 9)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma Moodle
• Argomento 9 - Fondamenti di elettrochimica (settimana 10)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma Moodle
• Argomento 10 - Nanostrutture: concetti generali, metodi di sintesi, caratteristiche chimico-fisiche attese in relazione a composizione e dimensioni, applicazioni (settimane 11-13)
• Testi di riferimento: Slides discusse in aula e disponibili in anticipo sulla pattaforma MoodleArticoli scientifici condivisi sulla piattaforma Moodle

La valutazione verrà effettuata tramite un test scritto, che comprenderà domande a risposta multipla, domande a risposta aperta, problemi numerici. In caso di valutazione non soddisfacente, lo studente potrà sostenere una prova orale integrativa.

• Le slides delle lezioni sono disponibili in anticipo sulla piattaforma e-learning
• Articoli scientifici riguardanti gli argomenti trattati in aula sono disponibili nella sezione Extra Content sulla piattaforma e-learning
• Qualsiasi libro di testo di Chimica generale di livello universitario può essere adatto

In caso di necessità, gli studenti possono consultare:

• P. Flowers, K. Theopold, R. Langley, W.R. Robinson, Chemistry 2e OpenStax College, Rice University – ISBN 978-1-947172-61-6 https://openstax.org/details/books/chemistry-2e
• J. McMurry, Organic Chemistry: A Tenth Edition OpenStax College, Rice University – ISBN 978-1-951693-98-5 https://openstax.org/details/books/organic-chemistry

Il Corso si propone di fornire allo studente sia un approfondimento su argomenti già trattati (in parte o completamente) nei corsi di Chimica (Generale) erogati nelle diverse Lauree di primo livello, sia la trattazione di nuovi argomenti non trattati precedentemente. Risultati di apprendimento attesi: Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino) Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base in Chimica su composizione, struttura, proprietà e trasformazioni della materia. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici interconnessioni della Chimica con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica. Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II) Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere alcune caratteristiche chimico-fisiche delle sostanze, quali, ad esempio, stato di aggregazione, volatilità, solubilità, sulla base della conoscenza della loro struttura. Autonomia di giudizio (descrittore III) Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica una trasformazione chimica. In alcuni casi, in base alla conoscenza della struttura intra- e intermolecolare dei composti chimici, di prevederne diverse proprietà chimico-fisiche, quali, ad esempio, stato di aggregazione, solubilità e reattività. Abilità comunicative (descrittore IV) Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non. Capacità di apprendere (descrittore V) Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti chimici relativi al campo delle tecnologie in modo autonomo.

Richiami e approfondimenti di argomenti già trattati nei Corsi di Chimica delle Lauree Triennali.

Struttura elettronica degli atomi e classificazione periodica degli elementi. Legami chimici.

Strutture e geometrie molecolari. Stati di aggregazione della materia. Equilibrio fisico. Equilibrio chimico.

Approfondimenti di argomenti parzialmente (o non) trattati nei Corsi di Chimica delle Lauree Triennali.

Equilibri ionici in soluzione.

Definizioni di acido e di base. Forza di acidi e basi. Prodotto ionico dell'acqua. Calcolo del pH di soluzioni di acidi (basi) forti e di soluzioni di acidi (basi) deboli. Indicatori di pH. Idrolisi. Soluzioni tampone. Titolazioni. Prodotto di solubilità.

Elettrochimica.

Potenziali elettrodici. Equazione di Nernst. Elettrodo standard di idrogeno. Pile chimiche. Potenziale standard di riduzione. Elettrodo di riferimento a calomelano. Impieghi di dati di potenziale in chimica: possibilità che una reazione redox avvenga; calcolo della costante di equilibrio di una reazione redox. Pile di concentrazione. Pila Leclanché. Elettrolisi. Sovratensione. Caduta ohmica. Elettrolisi dell'acqua. Raffinazione elettrolitica dei metalli. Accumulatori. Corrosione galvanica, corrosione per aerazione differenziale. Passivazione dei metalli. Protezione contro la corrosione.

• Struttura elettronica degli atomi e classificazione periodica degli elementi. 5 ore
• Legami chimici. Strutture e geometrie molecolari. 8 ore
• Nomenclatura dei composti inorganici. Reazioni chimiche. 5 ore
• Stati di aggregazione della materia. Equilibrio fisico. 12 ore
• Equilibrio chimico. 10 ore
• Equilibri ionici in soluzione. 10 ore
• Elettrochimica. 10 ore

La verifica della preparazione consiste in una prova scritta e in una prova orale

La Prova Scritta concorre per il 70% del punteggio complessivo, così suddiviso:

• Esercizi di verifica sull’apprendimento di nozioni teoriche (30%) (“Conoscenze e capacità di comprendere” e “Conoscenza e capacità di comprensione applicate”)
• Esercizi di calcolo sull’applicazione di nozioni teoriche (30%) (“Conoscenza e capacità di comprensione applicate” e “Autonomia di giudizio”)
• Verifica sull’applicazione di nozioni teoriche a casi reali (10%) (“Conoscenza e capacità di comprensione applicate” e “Autonomia di giudizio”)

La Prova Orale concorre per il 30% del punteggio complessivo, così suddiviso:

• Verifica sulla proprietà di linguaggio e sulla chiarezza di esposizione (20%) (“Abilità comunicative”)
• Verifica sulla capacità di applicazione delle conoscenze acquisite al campo delle tecnologie (10%) (“Capacità di apprendere”)

Chimica Moderna - Oxtoby, Gillis, Butler (5a ed., 2018, EdiSES)

Fondamenti di Chimica - Michelin, Munari (1a ed., 2019, Casa Editrice Ambrosiana)

Fondamenti di Chimica - Brown, LeMay, Bursten, Murphy, Woodward, Stoltzfus (4a ed., 2018, EdiSES)

Fondamenti di Chimica - Silvestroni (11a ed., 2020, Casa Editrice Ambrosiana)

Chimica Generale - Laird (1a ed., 2010, McGraw-Hill)

Chimica, Test ed Esercizi - Michelin, Sgarbossa, Mozzon, Munari (1a ed., 2018, Casa Editrice Ambrosiana)

Dispense fornite dal Docente

Il corso fornisce una preparazione rigorosa ai fondamenti della meccanica del continuo: cinematica dei corpi deformabili, teoria delle forze e degli sforzi, leggi di bilancio ed equazioni costitutive. Questi argomenti vengono sviluppati con particolare attenzione agli aspetti concettuali e alle strutture formali della teoria, con l'obiettivo di fornire allo studente gli strumenti necessari per affrontare con rigore i problemi meccanici che emergono nel contesto delle nanotecnologie. Un obiettivo centrale del corso è mostrare come la descrizione continua della materia sia connessa alla sua struttura atomistica: la regola di Cauchy–Born illustra come le equazioni costitutive emergano dai potenziali interatomici, mentre le formulazioni di Irving–Kirkwood e simili mostrano come i campi continui possano essere derivati rigorosamente da una descrizione atomistica della materia.

Continui tridimensionali: geometria, configurazioni, trasporto, moto, descrizioni del moto. Spostamento finito, campo di velocità, atto di moto, atto di moto rigido. Potenza delle azioni esterne, caratterizzazione dei vincoli perfetti, enunciato della potenza virtuale, equazioni di bilancio meccanico in forma globale. Misure di deformazione finita come difetto di rigidità, loro linearizzazione. Potenza delle azioni interne, tensione, stati semplici, rappresentazione algebrica e grafica. Enunciato della potenza virtuale, bilancio meccanico locale, casi semplici di risoluzione. Relazioni costitutive elastiche, linearizzazione, simmetrie materiali, caso omogeneo isotropo. Casi paradigmatici in ambito linearizzato: trazione, torsione.

Discussione sugli argomenti del programma e illustrazione di alcune risoluzioni di problemi paradigmatici.

C. A. Truesdell, A first course in rational continuum mechanics, Academic press, NY, 1991

L. E. Malvern, Introduction to the mechanics of a continuous medium, Prentice-Hall, 1969.

C. A. Truesdell, A first course in rational continuum mechanics, Academic press, NY, 1991

L. E. Malvern, Introduction to the mechanics of a continuous medium, Prentice-Hall, 1969.

Il corso è formato da due unità didattiche integrate e complementari.

La prima fornisce gli elementi essenziali di ottica elettronica in grado di consentire allo studente di approcciarsi alle diverse tecniche di microscopia elettronica sia a scansione che in trasmissione. Vengono forniti gli elementi fisici alla base del contrasto per consentire la corretta interpretazione dei risultati. Vengono descritte le tecniche spettroscopiche alla base delle più diffuse metodologie analitiche. Il corso è completato da una panoramica sulle tecniche complementari, sulla microscopia ionica e sulle metodologie di preparazione dei campioni in modo da consentire allo studente la familiarità necessaria ad utilizzare queste metodologie in un contesto operativo.

La seconda fornisce agli studenti gli elementi essenziali di microscopia a scansione di sonda, microscopia a forza atomica, microscopia ad effetto tunnel, e microscopia ottica in campo vicino. Vengono forniti elementi essenziali di tecniche basate su tali microscopie per la caratterizzazione di proprietà chimiche, strutturali, meccaniche, magnetiche, elettriche e termiche su scala nanometrica, con l’obiettivo di consentire allo studente la selezione di specifiche tecniche in base a specifici contesti applicativi.

Gli obiettivi formativi sono espressi in termini di Descrittori di Dublino in grado di descrivere le conoscenze acquisite dallo studente le capacità di applicazione e la crescita in termini d capacità critica, di comunicazione e di approfondimento.

Relativamente alla conoscenza acquisita ed all’ incremento della capacità di comprensione, il corso fornisce elementi in grado di rafforzare le conoscenze nel settore delle metodologie di indagine a micro- e nano-scala, in particolare sulle tecniche ottiche basate su elettroni e ioni e sulle tecniche a scansione di sonda mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica.

Relativamente alla capacità di applicare la conoscenza acquisita e la comprensione dei fenomeni connessi, le conoscenze acquisite forniscono allo studente gli strumenti operativi per affrontare e risolvere problemi nuovi e non familiari inerenti gli aspetti micro e nano strutturali delle nanotecnologie, anche quando inseriti in contesti ampi e interdisciplinari inerenti anche campi culturali contigui.

Relativamente alla autonomia di giudizio, il corso fornisce gli elementi scientifici alla base delle tecnologie di indagine per cui lo studente diviene autonomo nella interpretazione dei dati sperimentali ed in grado di formulare un giudizio autonomo e non preconcetto sulle problematiche in esame. Il corso fornisce gli elementi necessari ad integrare le conoscenze acquisite in contesti più ampi al fine di interpretare e governare situazioni complesse e fornire giudizi ed interpretazioni anche in caso di informazioni parziali o incomplete, tenendo anche conto degli spetti etici e sociali connessi.

Relativamente alla capacità di comunicare quanto si è appreso, il corso fornisce gli elementi sia semantici e di terminologia che concettuali in grado di consentire allo studente una proficua interazione, sia sulle tematiche stesse che sulle metodologie coinvolte, sia con gli specialisti del settore nell’ ambito di problematiche professionali che con soggetti non professionali nell’ ambito di interlocuzioni in cui le competenze specifiche dello studente siano basilari.

Per quanto concerne la capacità di proseguire in maniera autonoma la propria formazione e specializzazione, il corso fornisce allo studente i principali strumenti interpretativi di successive letture ed esperienze in grado di consentire un proficuo ampliamento e focalizzazione delle competenze acquisite.

Lo studente sarà in grado di descrivere le metodologie di indagine a micro- e nano-scala, in particolare sulle tecniche ottiche basate su elettroni e ioni e sulle tecniche a scansione di sonda mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica. Sarà in grado di scegliere le tecniche più efficaci per lo studio dei sistemi fisici con cui si troverà ad operare nella sua futura attività.

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
Fondamenti di AFM e SPM: 6 ore

Introduzione alla microscopia a scansione di sonda (SPM)

Microscopia a forza atomica (AFM): generalità

AFM contact mode

AFM tapping mode & phase imaging

Tecniche avanzate basate su AFM: 14 ore

Caratterizzazioni meccaniche mediante AFM

Caratterizzazioni elettriche mediante AFM

Caratterizzazioni magnetiche mediante AFM

Lezione di approfondimento: Microscopia acustica a forza atomica (AFAM)

Tomografia mediante AFM

Microscopia ad effetto tunnel (STM) : 6 ore

Scanning near-field optical microscopy (SNOM) : 2 ore

Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) : 1 ore

Litografia mediante AFM : 1 ora

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
Il corso prevede di giungere alla descrizione del funzionamento e delle prestazioni di moderni microscopi elettronici e ionici sia a scansione che in trasmissione. A questo scopo vengono erogati una serie di moduli interconnessi ed integrati in grado di fornire allo studente un percorso formativo di base autosufficiente e completo in grado di consentire di padroneggiare gli aspetti fondamentali della disciplina.

Nel dettaglio il corso prevede la seguente organizzazione:

• Introduzione generale comprendente il concetto di immagine e di formazione di immagini. Teoria di Abbe sulla formazione dell'immagine con lenti. Limite di risoluzione e di rivelabilità. Proprietà generali degli elettroni. (8 ore)
• Elementi costitutivi in microscopia elettronica: cannoni elettronici e ionici, lenti elettrostatiche e magnetiche, deflettori e rivelatori. Tecnologia del vuoto. (12 ore)
• Struttura e operatività del microscopio elettronico in trasmissione; Diffrazione di elettroni e principi di cristallografia, contrasto e limiti di risoluzione. Contrasto di ampiezza e contrasto di fase. (10 ore)
• Struttura e operatività del microscopio elettronico a scansione; tipologie di contrasto, interpretazione delle immagini prestazioni e limiti di risoluzione. (10 ore)
• Metodologie analitiche in microscopia elettronica: Spettroscopia di Raggi X e spettroscopia di perdita di energia elettronica. (10 ore)
• Metodi di indagine accessori: catodoluminescenza, contrasto di tensione, EBIC, contrasto magnetico, Auger. (5 ore)
• Principi di microscopia ionica a scansione (HIM e FIB) e di nanolavorazione in situ. (5 ore)

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY

• Fondamenti di AFM e SPM
• Tecniche avanzate basate su AFM
• Microscopia ad effetto tunnel (STM)
• Scanning near-field optical microscopy (SNOM)
• Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS)
• Litografia mediante AFM

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES

• Introduzione generale
• Elementi costitutivi in

microscopia

elettronica

• Struttura e operatività del

microscopio elettronico in

trasmissione

• Struttura e operatività del

microscopio elettronico a

scansione

• Metodologie analitiche in

microscopia

elettronica

• Metodi di indagine

accessori

• Principi di microscopia

ionica a

scansione (HIM

e FIB) e di nanolavorazione in situ

In considerazione dei contenuti dell’insegnamento e degli obiettivi formativi che sono principalmente incentrati sulla acquisizione di conoscenze, le modalità di valutazione sono basate sull’ accertamento della preparazione acquisite oltre che sull’ inserimento in contesti più ampi. Gli elementi presi in esame ai fini della valutazione sono legati alla entità delle conoscenze acquisite ed al loro approfondimento in termini di dettagli tecnici e di capacità inserimento in contesti di tipo applicativo. Il giudizio prescinde sostanzialmente dalla modalità di apprendimento e non vengono poste preclusioni ad una formazione autonoma dello studente o con una limitata interazione con il docente. A tal fine la modalità della prova finale, scritto e orale, senza valutazioni intermedie appare maggiormente adatta allo scopo. Una prova scritta a stimolo chiuso con risposta aperta rappresenta lo strumento più adatto a valutare il raggiungimento degli obiettivi formativi, in quanto la possibilità di ampliare e differenziare la risposta ad un quesito fisso consente di mettere in luce il livello di approfondimento della tematica e quindi di coerenza della preparazione del singolo studente con gli obiettivi formativi. La integrazione con una prova orale basata essenzialmente ma non esclusivamente sulle tematiche della prova scritta, consente di approfondire la valutazione del raggiungimento dell’obiettivo formativo e di affinare la valutazione sulle conoscenze acquisite e metabolizzate dallo studente.

Nel dettaglio, la prova scritta della durata di due ore è basata su 6 domande a risposta aperta delle quali 2 su microscopia a scansione di sonda e tecniche correlate e 4 su microscopia elettronica e tecniche correlate. Viene richiesta l’elaborazione di tre argomenti a scelta dei quali uno concernente la microscopia a sonda e due la microscopia elettronica e tecniche correlate.

Gli studenti che abbiano positivamente superato l’esame scritto sono ammessi ad una prova orale nella quale vengono approfonditi gli argomenti trattati, sulla base dei quali è possibile anche estendere il ragionamento ad altri argomenti correlati.

Le prove vengono effettuate alla fine del percorso formativo e sono previsti due appelli nella sessione estiva, due in quella autunnale e due in quella invernale.

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
Slide fornite dal docente

Fundamentals of scanning probe microscopy (V.L. Mironov)

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
Slide del docente

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
N/D
Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
N/D

Il corso è formato da due unità didattiche integrate e complementari. La prima fornisce gli elementi essenziali di ottica elettronica in grado di consentire allo studente di approcciarsi alle diverse tecniche di microscopia elettronica sia a scansione che in trasmissione. Vengono forniti gli elementi fisici alla base del contrasto per consentire la corretta interpretazione dei risultati. Vengono descritte le tecniche spettroscopiche alla base delle più diffuse metodologie analitiche. Il corso è completato da una panoramica sulle tecniche complementari, sulla microscopia ionica e sulle metodologie di preparazione dei campioni in modo da consentire allo studente la familiarità necessaria ad utilizzare queste metodologie in un contesto operativo. La seconda fornisce agli studenti gli elementi essenziali di microscopia a scansione di sonda, microscopia a forza atomica, microscopia ad effetto tunnel, e microscopia ottica in campo vicino. Vengono forniti elementi essenziali di tecniche basate su tali microscopie per la caratterizzazione di proprietà chimiche, strutturali, meccaniche, magnetiche, elettriche e termiche su scala nanometrica, con l’obiettivo di consentire allo studente la selezione di specifiche tecniche in base a specifici contesti applicativi.
Gli obiettivi formativi sono espressi in termini di Descrittori di Dublino in grado di descrivere le conoscenze acquisite dallo studente le capacità di applicazione e la crescita in termini d capacità critica, di comunicazione e di approfondimento. Relativamente alla conoscenza acquisita ed all’ incremento della capacità di comprensione, il corso fornisce elementi in grado di rafforzare le conoscenze nel settore delle metodologie di indagine a micro- e nano-scala, in particolare sulle tecniche ottiche basate su elettroni e ioni e sulle tecniche a scansione di sonda mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica. Relativamente alla capacità di applicare la conoscenza acquisita e la comprensione dei fenomeni connessi, le conoscenze acquisite forniscono allo studente gli strumenti operativi per affrontare e risolvere problemi nuovi e non familiari inerenti gli aspetti micro e nano strutturali delle nanotecnologie, anche quando inseriti in contesti ampi e interdisciplinari inerenti anche campi culturali contigui. Relativamente alla autonomia di giudizio, il corso fornisce gli elementi scientifici alla base delle tecnologie di indagine per cui lo studente diviene autonomo nella interpretazione dei dati sperimentali ed in grado di formulare un giudizio autonomo e non preconcetto sulle problematiche in esame. Il corso fornisce gli elementi necessari ad integrare le conoscenze acquisite in contesti più ampi al fine di interpretare e governare situazioni complesse e fornire giudizi ed interpretazioni anche in caso di informazioni parziali o incomplete, tenendo anche conto degli spetti etici e sociali connessi. Relativamente alla capacità di comunicare quanto si è appreso, il corso fornisce gli elementi sia semantici e di terminologia che concettuali in grado di consentire allo studente una proficua interazione, sia sulle tematiche stesse che sulle metodologie coinvolte, sia con gli specialisti del settore nell’ ambito di problematiche professionali che con soggetti non professionali nell’ ambito di interlocuzioni in cui le competenze specifiche dello studente siano basilari. Per quanto concerne la capacità di proseguire in maniera autonoma la propria formazione e specializzazione, il corso fornisce allo studente i principali strumenti interpretativi di successive letture ed esperienze in grado di consentire un proficuo ampliamento e focalizzazione delle competenze acquisite.

SCANNING PROBE MICROSCOPY
Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
Fondamenti di AFM e SPM: 6 ore

Introduzione alla microscopia a scansione di sonda (SPM)

Microscopia a forza atomica (AFM): generalità

AFM contact mode

AFM tapping mode & phase imaging

Tecniche avanzate basate su AFM: 14 ore

Caratterizzazioni meccaniche mediante AFM

Caratterizzazioni elettriche mediante AFM

Caratterizzazioni magnetiche mediante AFM

Lezione di approfondimento: Microscopia acustica a forza atomica (AFAM)

Tomografia mediante AFM

Microscopia ad effetto tunnel (STM) : 6 ore

Scanning near-field optical microscopy (SNOM) : 2 ore

Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) : 1 ore

Litografia mediante AFM : 1 ora

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
Il corso prevede di giungere alla descrizione del funzionamento e delle prestazioni di moderni microscopi elettronici e ionici sia a scansione che in trasmissione. A questo scopo vengono erogati una serie di moduli interconnessi ed integrati in grado di fornire allo studente un percorso formativo di base autosufficiente e completo in grado di consentire di padroneggiare gli aspetti fondamentali della disciplina.

Nel dettaglio il corso prevede la seguente organizzazione:

• Introduzione generale comprendente il concetto di immagine e di formazione di immagini. Teoria di Abbe sulla formazione dell'immagine con lenti. Limite di risoluzione e di rivelabilità. Proprietà generali degli elettroni. (8 ore)
• Elementi costitutivi in microscopia elettronica: cannoni elettronici e ionici, lenti elettrostatiche e magnetiche, deflettori e rivelatori. Tecnologia del vuoto. (12 ore)
• Struttura e operatività del microscopio elettronico in trasmissione; Diffrazione di elettroni e principi di cristallografia, contrasto e limiti di risoluzione. Contrasto di ampiezza e contrasto di fase. (10 ore)
• Struttura e operatività del microscopio elettronico a scansione; tipologie di contrasto, interpretazione delle immagini prestazioni e limiti di risoluzione. (10 ore)
• Metodologie analitiche in microscopia elettronica: Spettroscopia di Raggi X e spettroscopia di perdita di energia elettronica. (10 ore)
• Metodi di indagine accessori: catodoluminescenza, contrasto di tensione, EBIC, contrasto magnetico, Auger. (5 ore)
• Principi di microscopia ionica a scansione (HIM e FIB) e di nanolavorazione in situ. (5 ore)

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY

• Fondamenti di AFM e SPM
• Tecniche avanzate basate su AFM
• Microscopia ad effetto tunnel (STM)
• Scanning near-field optical microscopy (SNOM)
• Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS)
• Litografia mediante AFM

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES

• Introduzione generale
• Elementi costitutivi in

microscopia

elettronica

• Struttura e operatività del

microscopio elettronico in

trasmissione

• Struttura e operatività del

microscopio elettronico a

scansione

• Metodologie analitiche in

microscopia

elettronica

• Metodi di indagine

accessori

• Principi di microscopia

ionica a

scansione (HIM

e FIB) e di nanolavorazione in situ

ELECTRON MICROSCOPIES
Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
Fondamenti di AFM e SPM: 6 ore

Introduzione alla microscopia a scansione di sonda (SPM)

Microscopia a forza atomica (AFM): generalità

AFM contact mode

AFM tapping mode & phase imaging

Tecniche avanzate basate su AFM: 14 ore

Caratterizzazioni meccaniche mediante AFM

Caratterizzazioni elettriche mediante AFM

Caratterizzazioni magnetiche mediante AFM

Lezione di approfondimento: Microscopia acustica a forza atomica (AFAM)

Tomografia mediante AFM

Microscopia ad effetto tunnel (STM) : 6 ore

Scanning near-field optical microscopy (SNOM) : 2 ore

Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) : 1 ore

Litografia mediante AFM : 1 ora

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
Il corso prevede di giungere alla descrizione del funzionamento e delle prestazioni di moderni microscopi elettronici e ionici sia a scansione che in trasmissione. A questo scopo vengono erogati una serie di moduli interconnessi ed integrati in grado di fornire allo studente un percorso formativo di base autosufficiente e completo in grado di consentire di padroneggiare gli aspetti fondamentali della disciplina.

Nel dettaglio il corso prevede la seguente organizzazione:

• Introduzione generale comprendente il concetto di immagine e di formazione di immagini. Teoria di Abbe sulla formazione dell'immagine con lenti. Limite di risoluzione e di rivelabilità. Proprietà generali degli elettroni. (8 ore)
• Elementi costitutivi in microscopia elettronica: cannoni elettronici e ionici, lenti elettrostatiche e magnetiche, deflettori e rivelatori. Tecnologia del vuoto. (12 ore)
• Struttura e operatività del microscopio elettronico in trasmissione; Diffrazione di elettroni e principi di cristallografia, contrasto e limiti di risoluzione. Contrasto di ampiezza e contrasto di fase. (10 ore)
• Struttura e operatività del microscopio elettronico a scansione; tipologie di contrasto, interpretazione delle immagini prestazioni e limiti di risoluzione. (10 ore)
• Metodologie analitiche in microscopia elettronica: Spettroscopia di Raggi X e spettroscopia di perdita di energia elettronica. (10 ore)
• Metodi di indagine accessori: catodoluminescenza, contrasto di tensione, EBIC, contrasto magnetico, Auger. (5 ore)
• Principi di microscopia ionica a scansione (HIM e FIB) e di nanolavorazione in situ. (5 ore)

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY

• Fondamenti di AFM e SPM
• Tecniche avanzate basate su AFM
• Microscopia ad effetto tunnel (STM)
• Scanning near-field optical microscopy (SNOM)
• Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS)
• Litografia mediante AFM

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES

• Introduzione generale
• Elementi costitutivi in

microscopia

elettronica

• Struttura e operatività del

microscopio elettronico in

trasmissione

• Struttura e operatività del

microscopio elettronico a

scansione

• Metodologie analitiche in

microscopia

elettronica

• Metodi di indagine

accessori

• Principi di microscopia

ionica a

scansione (HIM

e FIB) e di nanolavorazione in situ

SCANNING PROBE MICROSCOPY
In considerazione dei contenuti dell’insegnamento e degli obiettivi formativi che sono principalmente incentrati sulla acquisizione di conoscenze, le modalità di valutazione sono basate sull’ accertamento della preparazione acquisite oltre che sull’ inserimento in contesti più ampi. Gli elementi presi in esame ai fini della valutazione sono legati alla entità delle conoscenze acquisite ed al loro approfondimento in termini di dettagli tecnici e di capacità inserimento in contesti di tipo applicativo. Il giudizio prescinde sostanzialmente dalla modalità di apprendimento e non vengono poste preclusioni ad una formazione autonoma dello studente o con una limitata interazione con il docente. A tal fine la modalità della prova finale, scritto e orale, senza valutazioni intermedie appare maggiormente adatta allo scopo. Una prova scritta a stimolo chiuso con risposta aperta rappresenta lo strumento più adatto a valutare il raggiungimento degli obiettivi formativi, in quanto la possibilità di ampliare e differenziare la risposta ad un quesito fisso consente di mettere in luce il livello di approfondimento della tematica e quindi di coerenza della preparazione del singolo studente con gli obiettivi formativi. La integrazione con una prova orale basata essenzialmente ma non esclusivamente sulle tematiche della prova scritta, consente di approfondire la valutazione del raggiungimento dell’obiettivo formativo e di affinare la valutazione sulle conoscenze acquisite e metabolizzate dallo studente.

Nel dettaglio, la prova scritta della durata di due ore è basata su 6 domande a risposta aperta delle quali 2 su microscopia a scansione di sonda e tecniche correlate e 4 su microscopia elettronica e tecniche correlate. Viene richiesta l’elaborazione di tre argomenti a scelta dei quali uno concernente la microscopia a sonda e due la microscopia elettronica e tecniche correlate.

Gli studenti che abbiano positivamente superato l’esame scritto sono ammessi ad una prova orale nella quale vengono approfonditi gli argomenti trattati, sulla base dei quali è possibile anche estendere il ragionamento ad altri argomenti correlati.

Le prove vengono effettuate alla fine del percorso formativo e sono previsti due appelli nella sessione estiva, due in quella autunnale e due in quella invernale.

ELECTRON MICROSCOPIES
In considerazione dei contenuti dell’insegnamento e degli obiettivi formativi che sono principalmente incentrati sulla acquisizione di conoscenze, le modalità di valutazione sono basate sull’ accertamento della preparazione acquisite oltre che sull’ inserimento in contesti più ampi. Gli elementi presi in esame ai fini della valutazione sono legati alla entità delle conoscenze acquisite ed al loro approfondimento in termini di dettagli tecnici e di capacità inserimento in contesti di tipo applicativo. Il giudizio prescinde sostanzialmente dalla modalità di apprendimento e non vengono poste preclusioni ad una formazione autonoma dello studente o con una limitata interazione con il docente. A tal fine la modalità della prova finale, scritto e orale, senza valutazioni intermedie appare maggiormente adatta allo scopo. Una prova scritta a stimolo chiuso con risposta aperta rappresenta lo strumento più adatto a valutare il raggiungimento degli obiettivi formativi, in quanto la possibilità di ampliare e differenziare la risposta ad un quesito fisso consente di mettere in luce il livello di approfondimento della tematica e quindi di coerenza della preparazione del singolo studente con gli obiettivi formativi. La integrazione con una prova orale basata essenzialmente ma non esclusivamente sulle tematiche della prova scritta, consente di approfondire la valutazione del raggiungimento dell’obiettivo formativo e di affinare la valutazione sulle conoscenze acquisite e metabolizzate dallo studente.

Nel dettaglio, la prova scritta della durata di due ore è basata su 6 domande a risposta aperta delle quali 2 su microscopia a scansione di sonda e tecniche correlate e 4 su microscopia elettronica e tecniche correlate. Viene richiesta l’elaborazione di tre argomenti a scelta dei quali uno concernente la microscopia a sonda e due la microscopia elettronica e tecniche correlate.

Gli studenti che abbiano positivamente superato l’esame scritto sono ammessi ad una prova orale nella quale vengono approfonditi gli argomenti trattati, sulla base dei quali è possibile anche estendere il ragionamento ad altri argomenti correlati.

Le prove vengono effettuate alla fine del percorso formativo e sono previsti due appelli nella sessione estiva, due in quella autunnale e due in quella invernale.

SCANNING PROBE MICROSCOPY
Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
Slide fornite dal docente

Fundamentals of scanning probe microscopy (V.L. Mironov)

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
Slide del docente

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
N/D
Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
N/D

ELECTRON MICROSCOPIES
Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
Slide fornite dal docente

Fundamentals of scanning probe microscopy (V.L. Mironov)

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
Slide del docente

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
N/D
Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
N/D

CONOSCENZA E COMPRENSIONE.

il corso fornisce la conoscenza delle leggi fondamentali della meccanica quantistica, con particolare attenzione

alla loro applicazione alla fisica dello stato solido.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE.

lo studente imparerà come utilizzare i principi di base della meccanica quantistica e della fisica della materia

condensata per risolvere semplici problemi legati alle conoscenze acquisite durante il corso.

REALIZZAZIONE DI GIUDIZI AUTONOMI.

Gli studenti svilupperanno la capacità di stabilire i limiti di validità di un modello approssimato nel regime

classico o quantistico. Svilupperanno anche capacità di ragionamento quantitativo e capacità di problem

solving relative alle conoscenze acquisite durante il corso.

.

COMPETENZE COMUNICATE.

Alla fine del corso lo studente deve aver acquisito una buona conoscenza della lingua, soprattutto per quanto

riguarda una specifica terminologia scientifica, in modo da poter comunicare chiaramente le proprie

conoscenze.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO.

lo studente svilupperà la capacità di studiare e comprendere autonomamente i fenomeni fisici su scala

nanometrica con particolare attenzione allo studio delle proprietà elettroniche e ottiche dei materiali

nanostrutturati.

Lo studente sarà in grado di analizzare problemi che richiedo trattazione di meccanica quantistica. Sarà inoltre in grado di utilizzare le competenze acquisiste di fisica della materia condensata per discutere fenomeni legati alle proprietà elettroniche dei semiconduttori, mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica. Sarà in grado di affrontare i corsi successivi e specialistici che richiedono tali competenze.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Distribuzione di Fermi e Bose.

Strutture reticolari.

Modello di singolo elettrone.

Moto degli elettroni in un solido.

Semiconduttori.

Processi di emissione.

Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• I limiti della fisica classica

Breve rassegna della meccanica newtoniana e dell'elettromagnetismo classico. Radiazione di corpo nero, capacità termica dei solidi, effetto fotoelettrico, scattering Compton. Aspetti ondulatori delle particelle: Ipotesi di De Broglie, diffrazione di elettroni da un cristallo. Atomo di idrogeno e il modello di Bohr.

• Operatori

Proprietà matematiche degli operatori, autofunzioni e autovalori degli operatori. Operatori Hermitiani, ortogonalità delle autofunzioni di un operatore Hermitiano, normalizzazione e completezza delle autofunzioni. Operatore hermitiano aggiunto. Notazione Dirac.

• I postulati di base della meccanica quantistica

Valore medio di una grandezza osservabile, relazioni di commutazione per gli operatori di quantità di moto e posizione, operatori di commutazione e loro autofunzioni. Significato della funzione d'onda di stato. Pacchetti d'onda gaussiani. Autofunzioni dell'operatore energia, l'equazione di Schrodinger indipendente dal tempo.

Il principio di indeterminazione. Esempi.

• Problemi di autovalori di energia unidimensionale

Buca di potenziale infinita, buca di potenziale finita, barriera di potenziale finita. Effetto Tunnel. L'oscillatore armonico, gli operatori di creazione e annientamento.

• Momento angolare di Spin

L'esperimento Stern-Gerlach, i sistemi Spin ½, gli operatori di spin e le relazioni di commutazione. Formalismo di Pauli. Stati puri e misti.

• Formulazione matriciale della meccanica quantistica

Alcune proprietà della matrice di base, diagonalizzazione della matrice, rappresentazioni di operatori come matrici, derivazione di autofunzioni e autovalori di un operatore mediante il metodo della matrice.

• La meccanica quantistica del momento angolare

Operatori di momento angolare, autofunzioni e autovalori, armoniche sferiche. Elementi di matrice degli operatori del momento angolare, aggiunta di momenti angolari. Particelle in campi di potenziale sferici simmetrici, l'atomo di idrogeno. Introduzione alla teoria perturbativa indipendente dal tempo.

• Concetti di base di meccanica statistica

Spazio delle fasi, Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Esempi.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS

• Distribuzione di Fermi e Bose.
• Strutture reticolari.
• Modello di singolo elettrone.
• Moto degli elettroni in un solido.
• Semiconduttori.
• Processi di emissione.
• Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• Operatori
• I postulati di base della meccanica quantistica
• Problemi di autovalori di energia unidimensionale
• Momento angolare di Spin
• Formulazione matriciale della meccanica quantistica
• La meccanica quantistica del momento angolare

La prova scritta consisterà in alcuni esercizi e alcune domande teoriche riguardanti il modulo di elementi di meccanica quantistica. Gli idonei a questa prova sosterranno una prova orale sulle tematiche relative al corso di fisica della materia condensata.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Slide del docente.

C. Kittel - Introduction to solid state physics.

"Fisica dello Stato Solido" - dispense del prof. M. Giura

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
A. Yariv, “An Introduction to Theory and Applications of Quantum Mechanics”, DOVER

N. Zettili, “Quantum Mechanics: Concepts and Applications”, Wiley

J.J Sakurai, “Modern Quantum Mechanics” Addison Wesley

D.J. Griffiths, “Introduction to Quantum Mechanics” Cambridge University Press

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
C. Kittel - Introduction to solid state physics

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
N/D

CONOSCENZA E COMPRENSIONE.

il corso fornisce la conoscenza delle leggi fondamentali della meccanica quantistica, con particolare attenzione

alla loro applicazione alla fisica dello stato solido.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE.

lo studente imparerà come utilizzare i principi di base della meccanica quantistica e della fisica della materia

condensata per risolvere semplici problemi legati alle conoscenze acquisite durante il corso.

REALIZZAZIONE DI GIUDIZI AUTONOMI.

Gli studenti svilupperanno la capacità di stabilire i limiti di validità di un modello approssimato nel regime

classico o quantistico. Svilupperanno anche capacità di ragionamento quantitativo e capacità di problem

solving relative alle conoscenze acquisite durante il corso.

.

COMPETENZE COMUNICATE.

Alla fine del corso lo studente deve aver acquisito una buona conoscenza della lingua, soprattutto per quanto

riguarda una specifica terminologia scientifica, in modo da poter comunicare chiaramente le proprie

conoscenze.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO.

lo studente svilupperà la capacità di studiare e comprendere autonomamente i fenomeni fisici su scala

nanometrica con particolare attenzione allo studio delle proprietà elettroniche e ottiche dei materiali

nanostrutturati.

Lo studente sarà in grado di analizzare problemi che richiedo trattazione di meccanica quantistica. Sarà inoltre in grado di utilizzare le competenze acquisiste di fisica della materia condensata per discutere fenomeni legati alle proprietà elettroniche dei semiconduttori, mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica. Sarà in grado di affrontare i corsi successivi e specialistici che richiedono tali competenze.

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Distribuzione di Fermi e Bose.

Strutture reticolari.

Modello di singolo elettrone.

Moto degli elettroni in un solido.

Semiconduttori.

Processi di emissione.

Fononi.

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• I limiti della fisica classica

Breve rassegna della meccanica newtoniana e dell'elettromagnetismo classico. Radiazione di corpo nero, capacità termica dei solidi, effetto fotoelettrico, scattering Compton. Aspetti ondulatori delle particelle: Ipotesi di De Broglie, diffrazione di elettroni da un cristallo. Atomo di idrogeno e il modello di Bohr.

• Operatori

Proprietà matematiche degli operatori, autofunzioni e autovalori degli operatori. Operatori Hermitiani, ortogonalità delle autofunzioni di un operatore Hermitiano, normalizzazione e completezza delle autofunzioni. Operatore hermitiano aggiunto. Notazione Dirac.

• I postulati di base della meccanica quantistica

Valore medio di una grandezza osservabile, relazioni di commutazione per gli operatori di quantità di moto e posizione, operatori di commutazione e loro autofunzioni. Significato della funzione d'onda di stato. Pacchetti d'onda gaussiani. Autofunzioni dell'operatore energia, l'equazione di Schrodinger indipendente dal tempo.

Il principio di indeterminazione. Esempi.

• Problemi di autovalori di energia unidimensionale

Buca di potenziale infinita, buca di potenziale finita, barriera di potenziale finita. Effetto Tunnel. L'oscillatore armonico, gli operatori di creazione e annientamento.

• Momento angolare di Spin

L'esperimento Stern-Gerlach, i sistemi Spin ½, gli operatori di spin e le relazioni di commutazione. Formalismo di Pauli. Stati puri e misti.

• Formulazione matriciale della meccanica quantistica

Alcune proprietà della matrice di base, diagonalizzazione della matrice, rappresentazioni di operatori come matrici, derivazione di autofunzioni e autovalori di un operatore mediante il metodo della matrice.

• La meccanica quantistica del momento angolare

Operatori di momento angolare, autofunzioni e autovalori, armoniche sferiche. Elementi di matrice degli operatori del momento angolare, aggiunta di momenti angolari. Particelle in campi di potenziale sferici simmetrici, l'atomo di idrogeno. Introduzione alla teoria perturbativa indipendente dal tempo.

• Concetti di base di meccanica statistica

Spazio delle fasi, Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Esempi.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS

• Distribuzione di Fermi e Bose.
• Strutture reticolari.
• Modello di singolo elettrone.
• Moto degli elettroni in un solido.
• Semiconduttori.
• Processi di emissione.
• Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• Operatori
• I postulati di base della meccanica quantistica
• Problemi di autovalori di energia unidimensionale
• Momento angolare di Spin
• Formulazione matriciale della meccanica quantistica
• La meccanica quantistica del momento angolare

La prova scritta consisterà in alcuni esercizi e alcune domande teoriche riguardanti il modulo di elementi di meccanica quantistica. Gli idonei a questa prova sosterranno una prova orale sulle tematiche relative al corso di fisica della materia condensata.

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"Fisica dello Stato Solido" - dispense del prof. M. Giura

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
A. Yariv, “An Introduction to Theory and Applications of Quantum Mechanics”, DOVER

N. Zettili, “Quantum Mechanics: Concepts and Applications”, Wiley

J.J Sakurai, “Modern Quantum Mechanics” Addison Wesley

D.J. Griffiths, “Introduction to Quantum Mechanics” Cambridge University Press

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CONOSCENZA E COMPRENSIONE.

il corso fornisce la conoscenza delle leggi fondamentali della meccanica quantistica, con particolare attenzione

alla loro applicazione alla fisica dello stato solido.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE.

lo studente imparerà come utilizzare i principi di base della meccanica quantistica e della fisica della materia

condensata per risolvere semplici problemi legati alle conoscenze acquisite durante il corso.

REALIZZAZIONE DI GIUDIZI AUTONOMI.

Gli studenti svilupperanno la capacità di stabilire i limiti di validità di un modello approssimato nel regime

classico o quantistico. Svilupperanno anche capacità di ragionamento quantitativo e capacità di problem

solving relative alle conoscenze acquisite durante il corso.

.

COMPETENZE COMUNICATE.

Alla fine del corso lo studente deve aver acquisito una buona conoscenza della lingua, soprattutto per quanto

riguarda una specifica terminologia scientifica, in modo da poter comunicare chiaramente le proprie

conoscenze.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO.

lo studente svilupperà la capacità di studiare e comprendere autonomamente i fenomeni fisici su scala

nanometrica con particolare attenzione allo studio delle proprietà elettroniche e ottiche dei materiali

nanostrutturati.

Lo studente sarà in grado di analizzare problemi che richiedo trattazione di meccanica quantistica. Sarà inoltre in grado di utilizzare le competenze acquisiste di fisica della materia condensata per discutere fenomeni legati alle proprietà elettroniche dei semiconduttori, mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica. Sarà in grado di affrontare i corsi successivi e specialistici che richiedono tali competenze.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Distribuzione di Fermi e Bose.

Strutture reticolari.

Modello di singolo elettrone.

Moto degli elettroni in un solido.

Semiconduttori.

Processi di emissione.

Fononi.

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• I limiti della fisica classica

Breve rassegna della meccanica newtoniana e dell'elettromagnetismo classico. Radiazione di corpo nero, capacità termica dei solidi, effetto fotoelettrico, scattering Compton. Aspetti ondulatori delle particelle: Ipotesi di De Broglie, diffrazione di elettroni da un cristallo. Atomo di idrogeno e il modello di Bohr.

• Operatori

Proprietà matematiche degli operatori, autofunzioni e autovalori degli operatori. Operatori Hermitiani, ortogonalità delle autofunzioni di un operatore Hermitiano, normalizzazione e completezza delle autofunzioni. Operatore hermitiano aggiunto. Notazione Dirac.

• I postulati di base della meccanica quantistica

Valore medio di una grandezza osservabile, relazioni di commutazione per gli operatori di quantità di moto e posizione, operatori di commutazione e loro autofunzioni. Significato della funzione d'onda di stato. Pacchetti d'onda gaussiani. Autofunzioni dell'operatore energia, l'equazione di Schrodinger indipendente dal tempo.

Il principio di indeterminazione. Esempi.

• Problemi di autovalori di energia unidimensionale

Buca di potenziale infinita, buca di potenziale finita, barriera di potenziale finita. Effetto Tunnel. L'oscillatore armonico, gli operatori di creazione e annientamento.

• Momento angolare di Spin

L'esperimento Stern-Gerlach, i sistemi Spin ½, gli operatori di spin e le relazioni di commutazione. Formalismo di Pauli. Stati puri e misti.

• Formulazione matriciale della meccanica quantistica

Alcune proprietà della matrice di base, diagonalizzazione della matrice, rappresentazioni di operatori come matrici, derivazione di autofunzioni e autovalori di un operatore mediante il metodo della matrice.

• La meccanica quantistica del momento angolare

Operatori di momento angolare, autofunzioni e autovalori, armoniche sferiche. Elementi di matrice degli operatori del momento angolare, aggiunta di momenti angolari. Particelle in campi di potenziale sferici simmetrici, l'atomo di idrogeno. Introduzione alla teoria perturbativa indipendente dal tempo.

• Concetti di base di meccanica statistica

Spazio delle fasi, Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Esempi.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS

• Distribuzione di Fermi e Bose.
• Strutture reticolari.
• Modello di singolo elettrone.
• Moto degli elettroni in un solido.
• Semiconduttori.
• Processi di emissione.
• Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• Operatori
• I postulati di base della meccanica quantistica
• Problemi di autovalori di energia unidimensionale
• Momento angolare di Spin
• Formulazione matriciale della meccanica quantistica
• La meccanica quantistica del momento angolare

La prova scritta consisterà in alcuni esercizi e alcune domande teoriche riguardanti il modulo di elementi di meccanica quantistica. Gli idonei a questa prova sosterranno una prova orale sulle tematiche relative al corso di fisica della materia condensata.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
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C. Kittel - Introduction to solid state physics.

"Fisica dello Stato Solido" - dispense del prof. M. Giura

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
A. Yariv, “An Introduction to Theory and Applications of Quantum Mechanics”, DOVER

N. Zettili, “Quantum Mechanics: Concepts and Applications”, Wiley

J.J Sakurai, “Modern Quantum Mechanics” Addison Wesley

D.J. Griffiths, “Introduction to Quantum Mechanics” Cambridge University Press

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CONOSCENZA E COMPRENSIONE.

il corso fornisce la conoscenza delle leggi fondamentali della meccanica quantistica, con particolare attenzione

alla loro applicazione alla fisica dello stato solido.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE.

lo studente imparerà come utilizzare i principi di base della meccanica quantistica e della fisica della materia

condensata per risolvere semplici problemi legati alle conoscenze acquisite durante il corso.

REALIZZAZIONE DI GIUDIZI AUTONOMI.

Gli studenti svilupperanno la capacità di stabilire i limiti di validità di un modello approssimato nel regime

classico o quantistico. Svilupperanno anche capacità di ragionamento quantitativo e capacità di problem

solving relative alle conoscenze acquisite durante il corso.

.

COMPETENZE COMUNICATE.

Alla fine del corso lo studente deve aver acquisito una buona conoscenza della lingua, soprattutto per quanto

riguarda una specifica terminologia scientifica, in modo da poter comunicare chiaramente le proprie

conoscenze.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO.

lo studente svilupperà la capacità di studiare e comprendere autonomamente i fenomeni fisici su scala

nanometrica con particolare attenzione allo studio delle proprietà elettroniche e ottiche dei materiali

nanostrutturati.

Lo studente sarà in grado di analizzare problemi che richiedo trattazione di meccanica quantistica. Sarà inoltre in grado di utilizzare le competenze acquisiste di fisica della materia condensata per discutere fenomeni legati alle proprietà elettroniche dei semiconduttori, mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica. Sarà in grado di affrontare i corsi successivi e specialistici che richiedono tali competenze.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Distribuzione di Fermi e Bose.

Strutture reticolari.

Modello di singolo elettrone.

Moto degli elettroni in un solido.

Semiconduttori.

Processi di emissione.

Fononi.

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• I limiti della fisica classica

Breve rassegna della meccanica newtoniana e dell'elettromagnetismo classico. Radiazione di corpo nero, capacità termica dei solidi, effetto fotoelettrico, scattering Compton. Aspetti ondulatori delle particelle: Ipotesi di De Broglie, diffrazione di elettroni da un cristallo. Atomo di idrogeno e il modello di Bohr.

• Operatori

Proprietà matematiche degli operatori, autofunzioni e autovalori degli operatori. Operatori Hermitiani, ortogonalità delle autofunzioni di un operatore Hermitiano, normalizzazione e completezza delle autofunzioni. Operatore hermitiano aggiunto. Notazione Dirac.

• I postulati di base della meccanica quantistica

Valore medio di una grandezza osservabile, relazioni di commutazione per gli operatori di quantità di moto e posizione, operatori di commutazione e loro autofunzioni. Significato della funzione d'onda di stato. Pacchetti d'onda gaussiani. Autofunzioni dell'operatore energia, l'equazione di Schrodinger indipendente dal tempo.

Il principio di indeterminazione. Esempi.

• Problemi di autovalori di energia unidimensionale

Buca di potenziale infinita, buca di potenziale finita, barriera di potenziale finita. Effetto Tunnel. L'oscillatore armonico, gli operatori di creazione e annientamento.

• Momento angolare di Spin

L'esperimento Stern-Gerlach, i sistemi Spin ½, gli operatori di spin e le relazioni di commutazione. Formalismo di Pauli. Stati puri e misti.

• Formulazione matriciale della meccanica quantistica

Alcune proprietà della matrice di base, diagonalizzazione della matrice, rappresentazioni di operatori come matrici, derivazione di autofunzioni e autovalori di un operatore mediante il metodo della matrice.

• La meccanica quantistica del momento angolare

Operatori di momento angolare, autofunzioni e autovalori, armoniche sferiche. Elementi di matrice degli operatori del momento angolare, aggiunta di momenti angolari. Particelle in campi di potenziale sferici simmetrici, l'atomo di idrogeno. Introduzione alla teoria perturbativa indipendente dal tempo.

• Concetti di base di meccanica statistica

Spazio delle fasi, Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Esempi.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS

• Distribuzione di Fermi e Bose.
• Strutture reticolari.
• Modello di singolo elettrone.
• Moto degli elettroni in un solido.
• Semiconduttori.
• Processi di emissione.
• Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• Operatori
• I postulati di base della meccanica quantistica
• Problemi di autovalori di energia unidimensionale
• Momento angolare di Spin
• Formulazione matriciale della meccanica quantistica
• La meccanica quantistica del momento angolare

La prova scritta consisterà in alcuni esercizi e alcune domande teoriche riguardanti il modulo di elementi di meccanica quantistica. Gli idonei a questa prova sosterranno una prova orale sulle tematiche relative al corso di fisica della materia condensata.

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C. Kittel - Introduction to solid state physics.

"Fisica dello Stato Solido" - dispense del prof. M. Giura

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
A. Yariv, “An Introduction to Theory and Applications of Quantum Mechanics”, DOVER

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J.J Sakurai, “Modern Quantum Mechanics” Addison Wesley

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Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
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Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di offrire una panoramica sugli effetti della nanostrutturazione

dei materiali e di presentare le principali tecniche di realizzazione di materiali nanostrutturati.

Inoltre il corso si propone di fornire gli strumenti per la comprensione della relazione tra proprietà e microstruttura e per selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Programma del corso "Materiali Nanostrutturati":

1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rafforzamento nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura
• Proprietà funzionali dei materiali (elettriche, termiche, magnetiche)

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Programma del corso

1. Richiami di scienza dei materiali:

Compositi nanostrutturati (Ceramici, Metallici, Polimerici)

2. Le superfici:

Chimica – fisica delle superfici

Energia superficiale

Tensione superficiale e bagnabilità

3. Il degrado chimico dei materiali (corrosione elettrochim. e ad alta T)

Forme di corrosione

Cinetiche base di ossidazione ad alta T

Altre forme di danneggiamento (UV, assorb. Acqua…)

Corrosione ad alta T

4. Il degrado fisico-meccanico dei materiali (usura)

Forme di usura, erosione: meccanismi, modelli, proprietà dei materiali

5. Tecnologie per la funzionalizzazione delle superfici (principi di funzionamento, elementi per modeling di processo, campi applicativi)

Tecniche con apporto di materiale

Rivestimenti spessi (plasma caldo, combustione, cold spray, PTA)

Metodi chimici/diffusivi (pack cementation)

Film sottili (PVD tutte e CVD varie)

Le tecniche sol-gel

Le tecniche senza apporto di materiale

Tecniche ioniche

Trattamenti laser (e cenni al laser cladding)

Trattamenti plasma

6. Elementi di modellizzazione e strumenti per la previsione delle prestazioni dei materiali

(FEM, CFD).

7. Modelli e tecniche di micro e nano-meccanica per la valutazione delle proprietà meccaniche di film e materiali massivi nanostrutturati

8. Esempi di applicazioni (materiali/tecnologie/principi)

BARRIER COATINGS (Diffusion barriers, Tensile strength/Impact strength,Flame retardancy, Fire protection, UV Protection)

SCRATCH AND WEAR RESISTANT COATINGS (Corrosion protection, Wear and tear protection, Scratch resistance)

CONDUCTIVE COATINGS (Insulation, fotovoltaico)

PHOTOCATALYTIC COATINGS

ANTI-BACTERIAL, ANTI-FOULING AND STAIN REPELLENT COATINGS (Antibacterial, Anti-fingerprint, Easy-to-Clean, Anti-Graffiti)

SELF-CLEANING COATINGS (Lotus-Effect)

ANTI-FOGGING COATINGSSMART AND RESPONSIVE COATINGS (Self-Healing, Self-Decontaminating Surfaces)

BIOACTIVE COATINGS (Biocompatibility, Biomimetics)

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Introduzione alla scienza e ingegneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI

• Richiami di scienza dei materiali, materiali nanocompositi, chimica - fisica delle superfici
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Fenomeni di degrado chimico e fisico delle superfici e dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Tecnologie di ingegneria delle superfici e tecniche di caratterizzazione superficiale
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo Materiali Nanostrutturati

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo Ingegneria delle superfici

L'esame verterà su una prova orale, con domande relative sia agli aspetti di base dell’ingegneria delle superfici che agli aspetti avanzati relativi alle proprietà ed applicazioni di specifiche classi di rivestimenti.

Le domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.

L'esame si basa generalmente su domande relative a specifici argomenti trattati nel corso, quali ad esempio:

• Proprietà delle superfici;
• Tecniche di fabbricazione di rivestimenti spessi e sottili;
• Fenomeni di degrado superficiale
• Proprietà meccaniche e funzionali di specifiche classi di rivestimenti;
• Applicazioni industriali.

La prova di esame ha quindi lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla comprensione delle tematiche affrontate durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento alle applicazioni industriali illustrate durante il corso.

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Dispense fornite dal docente tramite piattaforma e-learning

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
N/D
Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
N/D

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di offrire una panoramica sugli effetti della nanostrutturazione

dei materiali e di presentare le principali tecniche di realizzazione di materiali nanostrutturati.

Inoltre il corso si propone di fornire gli strumenti per la comprensione della relazione tra proprietà e microstruttura e per selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Programma del corso "Materiali Nanostrutturati":

1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rafforzamento nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura
• Proprietà funzionali dei materiali (elettriche, termiche, magnetiche)

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Programma del corso

1. Richiami di scienza dei materiali:

Compositi nanostrutturati (Ceramici, Metallici, Polimerici)

2. Le superfici:

Chimica – fisica delle superfici

Energia superficiale

Tensione superficiale e bagnabilità

3. Il degrado chimico dei materiali (corrosione elettrochim. e ad alta T)

Forme di corrosione

Cinetiche base di ossidazione ad alta T

Altre forme di danneggiamento (UV, assorb. Acqua…)

Corrosione ad alta T

4. Il degrado fisico-meccanico dei materiali (usura)

Forme di usura, erosione: meccanismi, modelli, proprietà dei materiali

5. Tecnologie per la funzionalizzazione delle superfici (principi di funzionamento, elementi per modeling di processo, campi applicativi)

Tecniche con apporto di materiale

Rivestimenti spessi (plasma caldo, combustione, cold spray, PTA)

Metodi chimici/diffusivi (pack cementation)

Film sottili (PVD tutte e CVD varie)

Le tecniche sol-gel

Le tecniche senza apporto di materiale

Tecniche ioniche

Trattamenti laser (e cenni al laser cladding)

Trattamenti plasma

6. Elementi di modellizzazione e strumenti per la previsione delle prestazioni dei materiali

(FEM, CFD).

7. Modelli e tecniche di micro e nano-meccanica per la valutazione delle proprietà meccaniche di film e materiali massivi nanostrutturati

8. Esempi di applicazioni (materiali/tecnologie/principi)

BARRIER COATINGS (Diffusion barriers, Tensile strength/Impact strength,Flame retardancy, Fire protection, UV Protection)

SCRATCH AND WEAR RESISTANT COATINGS (Corrosion protection, Wear and tear protection, Scratch resistance)

CONDUCTIVE COATINGS (Insulation, fotovoltaico)

PHOTOCATALYTIC COATINGS

ANTI-BACTERIAL, ANTI-FOULING AND STAIN REPELLENT COATINGS (Antibacterial, Anti-fingerprint, Easy-to-Clean, Anti-Graffiti)

SELF-CLEANING COATINGS (Lotus-Effect)

ANTI-FOGGING COATINGSSMART AND RESPONSIVE COATINGS (Self-Healing, Self-Decontaminating Surfaces)

BIOACTIVE COATINGS (Biocompatibility, Biomimetics)

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Introduzione alla scienza e ingegneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI

• Richiami di scienza dei materiali, materiali nanocompositi, chimica - fisica delle superfici
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Fenomeni di degrado chimico e fisico delle superfici e dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Tecnologie di ingegneria delle superfici e tecniche di caratterizzazione superficiale
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo Materiali Nanostrutturati

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo Ingegneria delle superfici

L'esame verterà su una prova orale, con domande relative sia agli aspetti di base dell’ingegneria delle superfici che agli aspetti avanzati relativi alle proprietà ed applicazioni di specifiche classi di rivestimenti.

Le domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.

L'esame si basa generalmente su domande relative a specifici argomenti trattati nel corso, quali ad esempio:

• Proprietà delle superfici;
• Tecniche di fabbricazione di rivestimenti spessi e sottili;
• Fenomeni di degrado superficiale
• Proprietà meccaniche e funzionali di specifiche classi di rivestimenti;
• Applicazioni industriali.

La prova di esame ha quindi lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla comprensione delle tematiche affrontate durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento alle applicazioni industriali illustrate durante il corso.

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Dispense fornite dal docente tramite piattaforma e-learning

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
N/D
Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
N/D

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di offrire una panoramica sugli effetti della nanostrutturazione dei materiali e di presentare le principali tecniche di realizzazione di materiali nanostrutturati. Inoltre il corso si propone di fornire gli strumenti per la comprensione della relazione tra proprietà e microstruttura e per selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio.

MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Programma del corso "Materiali Nanostrutturati":

1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rafforzamento nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura
• Proprietà funzionali dei materiali (elettriche, termiche, magnetiche)

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Programma del corso

1. Richiami di scienza dei materiali:

Compositi nanostrutturati (Ceramici, Metallici, Polimerici)

2. Le superfici:

Chimica – fisica delle superfici

Energia superficiale

Tensione superficiale e bagnabilità

3. Il degrado chimico dei materiali (corrosione elettrochim. e ad alta T)

Forme di corrosione

Cinetiche base di ossidazione ad alta T

Altre forme di danneggiamento (UV, assorb. Acqua…)

Corrosione ad alta T

4. Il degrado fisico-meccanico dei materiali (usura)

Forme di usura, erosione: meccanismi, modelli, proprietà dei materiali

5. Tecnologie per la funzionalizzazione delle superfici (principi di funzionamento, elementi per modeling di processo, campi applicativi)

Tecniche con apporto di materiale

Rivestimenti spessi (plasma caldo, combustione, cold spray, PTA)

Metodi chimici/diffusivi (pack cementation)

Film sottili (PVD tutte e CVD varie)

Le tecniche sol-gel

Le tecniche senza apporto di materiale

Tecniche ioniche

Trattamenti laser (e cenni al laser cladding)

Trattamenti plasma

6. Elementi di modellizzazione e strumenti per la previsione delle prestazioni dei materiali

(FEM, CFD).

7. Modelli e tecniche di micro e nano-meccanica per la valutazione delle proprietà meccaniche di film e materiali massivi nanostrutturati

8. Esempi di applicazioni (materiali/tecnologie/principi)

BARRIER COATINGS (Diffusion barriers, Tensile strength/Impact strength,Flame retardancy, Fire protection, UV Protection)

SCRATCH AND WEAR RESISTANT COATINGS (Corrosion protection, Wear and tear protection, Scratch resistance)

CONDUCTIVE COATINGS (Insulation, fotovoltaico)

PHOTOCATALYTIC COATINGS

ANTI-BACTERIAL, ANTI-FOULING AND STAIN REPELLENT COATINGS (Antibacterial, Anti-fingerprint, Easy-to-Clean, Anti-Graffiti)

SELF-CLEANING COATINGS (Lotus-Effect)

ANTI-FOGGING COATINGSSMART AND RESPONSIVE COATINGS (Self-Healing, Self-Decontaminating Surfaces)

BIOACTIVE COATINGS (Biocompatibility, Biomimetics)

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Introduzione alla scienza e ingegneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI

• Richiami di scienza dei materiali, materiali nanocompositi, chimica - fisica delle superfici
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Fenomeni di degrado chimico e fisico delle superfici e dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Tecnologie di ingegneria delle superfici e tecniche di caratterizzazione superficiale
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Programma del corso "Materiali Nanostrutturati":

1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rafforzamento nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura
• Proprietà funzionali dei materiali (elettriche, termiche, magnetiche)

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Programma del corso

1. Richiami di scienza dei materiali:

Compositi nanostrutturati (Ceramici, Metallici, Polimerici)

2. Le superfici:

Chimica – fisica delle superfici

Energia superficiale

Tensione superficiale e bagnabilità

3. Il degrado chimico dei materiali (corrosione elettrochim. e ad alta T)

Forme di corrosione

Cinetiche base di ossidazione ad alta T

Altre forme di danneggiamento (UV, assorb. Acqua…)

Corrosione ad alta T

4. Il degrado fisico-meccanico dei materiali (usura)

Forme di usura, erosione: meccanismi, modelli, proprietà dei materiali

5. Tecnologie per la funzionalizzazione delle superfici (principi di funzionamento, elementi per modeling di processo, campi applicativi)

Tecniche con apporto di materiale

Rivestimenti spessi (plasma caldo, combustione, cold spray, PTA)

Metodi chimici/diffusivi (pack cementation)

Film sottili (PVD tutte e CVD varie)

Le tecniche sol-gel

Le tecniche senza apporto di materiale

Tecniche ioniche

Trattamenti laser (e cenni al laser cladding)

Trattamenti plasma

6. Elementi di modellizzazione e strumenti per la previsione delle prestazioni dei materiali

(FEM, CFD).

7. Modelli e tecniche di micro e nano-meccanica per la valutazione delle proprietà meccaniche di film e materiali massivi nanostrutturati

8. Esempi di applicazioni (materiali/tecnologie/principi)

BARRIER COATINGS (Diffusion barriers, Tensile strength/Impact strength,Flame retardancy, Fire protection, UV Protection)

SCRATCH AND WEAR RESISTANT COATINGS (Corrosion protection, Wear and tear protection, Scratch resistance)

CONDUCTIVE COATINGS (Insulation, fotovoltaico)

PHOTOCATALYTIC COATINGS

ANTI-BACTERIAL, ANTI-FOULING AND STAIN REPELLENT COATINGS (Antibacterial, Anti-fingerprint, Easy-to-Clean, Anti-Graffiti)

SELF-CLEANING COATINGS (Lotus-Effect)

ANTI-FOGGING COATINGSSMART AND RESPONSIVE COATINGS (Self-Healing, Self-Decontaminating Surfaces)

BIOACTIVE COATINGS (Biocompatibility, Biomimetics)

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Introduzione alla scienza e ingegneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI

• Richiami di scienza dei materiali, materiali nanocompositi, chimica - fisica delle superfici
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Fenomeni di degrado chimico e fisico delle superfici e dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Tecnologie di ingegneria delle superfici e tecniche di caratterizzazione superficiale
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Modulo Materiali Nanostrutturati

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo Ingegneria delle superfici

L'esame verterà su una prova orale, con domande relative sia agli aspetti di base dell’ingegneria delle superfici che agli aspetti avanzati relativi alle proprietà ed applicazioni di specifiche classi di rivestimenti.

Le domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.

L'esame si basa generalmente su domande relative a specifici argomenti trattati nel corso, quali ad esempio:

• Proprietà delle superfici;
• Tecniche di fabbricazione di rivestimenti spessi e sottili;
• Fenomeni di degrado superficiale
• Proprietà meccaniche e funzionali di specifiche classi di rivestimenti;
• Applicazioni industriali.

La prova di esame ha quindi lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla comprensione delle tematiche affrontate durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento alle applicazioni industriali illustrate durante il corso.

INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Modulo Materiali Nanostrutturati

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo Ingegneria delle superfici

L'esame verterà su una prova orale, con domande relative sia agli aspetti di base dell’ingegneria delle superfici che agli aspetti avanzati relativi alle proprietà ed applicazioni di specifiche classi di rivestimenti.

Le domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.

L'esame si basa generalmente su domande relative a specifici argomenti trattati nel corso, quali ad esempio:

• Proprietà delle superfici;
• Tecniche di fabbricazione di rivestimenti spessi e sottili;
• Fenomeni di degrado superficiale
• Proprietà meccaniche e funzionali di specifiche classi di rivestimenti;
• Applicazioni industriali.

La prova di esame ha quindi lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla comprensione delle tematiche affrontate durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento alle applicazioni industriali illustrate durante il corso.

MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Dispense fornite dal docente tramite piattaforma e-learning

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
N/D
Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
N/D

INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Dispense fornite dal docente tramite piattaforma e-learning

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
N/D
Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
N/D

Gli studenti impareranno a conoscere e comprendere gli elementi fondamentali della biologia cellulare e molecolare, con particolare riferimento ai meccanismi biochimici ed energetici che sono alla base del funzionamento della cellula. Impareranno, quindi, come è fatta una cellula e quali sono e come funzionano le molecole che ne determinano la struttura, il funzionamento e la replicazione. In particolare, gli studenti apprenderanno le proprietà dei componenti molecolari delle cellule, quali proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici e altre biomolecole. Essi, inoltre, impareranno a conoscere le classi più importanti di proteine quali enzimi, anticorpi, trasportatori e recettori e ad avere una visione chiara dei principali processi metabolici che regolano l’origine ed il funzionamento della vita. Inoltre, gli studenti acquisiranno proprietà di linguaggio tecnico, ossia svilupperanno la capacità di utilizzare in modo proprio i termini della biologia/biochimica.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di offrire una panoramica sugli effetti della nanostrutturazione

dei materiali e di presentare le principali tecniche di realizzazione di materiali nanostrutturati.

Inoltre il corso si propone di fornire gli strumenti per la comprensione della relazione tra proprietà e microstruttura e per selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Programma del corso "Materiali Nanostrutturati":

1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rafforzamento nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura
• Proprietà funzionali dei materiali (elettriche, termiche, magnetiche)

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Programma del corso

1. Richiami di scienza dei materiali:

Compositi nanostrutturati (Ceramici, Metallici, Polimerici)

2. Le superfici:

Chimica – fisica delle superfici

Energia superficiale

Tensione superficiale e bagnabilità

3. Il degrado chimico dei materiali (corrosione elettrochim. e ad alta T)

Forme di corrosione

Cinetiche base di ossidazione ad alta T

Altre forme di danneggiamento (UV, assorb. Acqua…)

Corrosione ad alta T

4. Il degrado fisico-meccanico dei materiali (usura)

Forme di usura, erosione: meccanismi, modelli, proprietà dei materiali

5. Tecnologie per la funzionalizzazione delle superfici (principi di funzionamento, elementi per modeling di processo, campi applicativi)

Tecniche con apporto di materiale

Rivestimenti spessi (plasma caldo, combustione, cold spray, PTA)

Metodi chimici/diffusivi (pack cementation)

Film sottili (PVD tutte e CVD varie)

Le tecniche sol-gel

Le tecniche senza apporto di materiale

Tecniche ioniche

Trattamenti laser (e cenni al laser cladding)

Trattamenti plasma

6. Elementi di modellizzazione e strumenti per la previsione delle prestazioni dei materiali

(FEM, CFD).

7. Modelli e tecniche di micro e nano-meccanica per la valutazione delle proprietà meccaniche di film e materiali massivi nanostrutturati

8. Esempi di applicazioni (materiali/tecnologie/principi)

BARRIER COATINGS (Diffusion barriers, Tensile strength/Impact strength,Flame retardancy, Fire protection, UV Protection)

SCRATCH AND WEAR RESISTANT COATINGS (Corrosion protection, Wear and tear protection, Scratch resistance)

CONDUCTIVE COATINGS (Insulation, fotovoltaico)

PHOTOCATALYTIC COATINGS

ANTI-BACTERIAL, ANTI-FOULING AND STAIN REPELLENT COATINGS (Antibacterial, Anti-fingerprint, Easy-to-Clean, Anti-Graffiti)

SELF-CLEANING COATINGS (Lotus-Effect)

ANTI-FOGGING COATINGSSMART AND RESPONSIVE COATINGS (Self-Healing, Self-Decontaminating Surfaces)

BIOACTIVE COATINGS (Biocompatibility, Biomimetics)

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Introduzione alla scienza e ingegneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI

• Richiami di scienza dei materiali, materiali nanocompositi, chimica - fisica delle superfici
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Fenomeni di degrado chimico e fisico delle superfici e dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Tecnologie di ingegneria delle superfici e tecniche di caratterizzazione superficiale
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo Materiali Nanostrutturati

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo Ingegneria delle superfici

L'esame verterà su una prova orale, con domande relative sia agli aspetti di base dell’ingegneria delle superfici che agli aspetti avanzati relativi alle proprietà ed applicazioni di specifiche classi di rivestimenti.

Le domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.

L'esame si basa generalmente su domande relative a specifici argomenti trattati nel corso, quali ad esempio:

• Proprietà delle superfici;
• Tecniche di fabbricazione di rivestimenti spessi e sottili;
• Fenomeni di degrado superficiale
• Proprietà meccaniche e funzionali di specifiche classi di rivestimenti;
• Applicazioni industriali.

La prova di esame ha quindi lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla comprensione delle tematiche affrontate durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento alle applicazioni industriali illustrate durante il corso.

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Dispense fornite dal docente tramite piattaforma e-learning

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
N/D
Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
N/D

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di offrire una panoramica sugli effetti della nanostrutturazione

dei materiali e di presentare le principali tecniche di realizzazione di materiali nanostrutturati.

Inoltre il corso si propone di fornire gli strumenti per la comprensione della relazione tra proprietà e microstruttura e per selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
Programma del corso "Materiali Nanostrutturati":

1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rafforzamento nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura
• Proprietà funzionali dei materiali (elettriche, termiche, magnetiche)

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Programma del corso

1. Richiami di scienza dei materiali:

Compositi nanostrutturati (Ceramici, Metallici, Polimerici)

2. Le superfici:

Chimica – fisica delle superfici

Energia superficiale

Tensione superficiale e bagnabilità

3. Il degrado chimico dei materiali (corrosione elettrochim. e ad alta T)

Forme di corrosione

Cinetiche base di ossidazione ad alta T

Altre forme di danneggiamento (UV, assorb. Acqua…)

Corrosione ad alta T

4. Il degrado fisico-meccanico dei materiali (usura)

Forme di usura, erosione: meccanismi, modelli, proprietà dei materiali

5. Tecnologie per la funzionalizzazione delle superfici (principi di funzionamento, elementi per modeling di processo, campi applicativi)

Tecniche con apporto di materiale

Rivestimenti spessi (plasma caldo, combustione, cold spray, PTA)

Metodi chimici/diffusivi (pack cementation)

Film sottili (PVD tutte e CVD varie)

Le tecniche sol-gel

Le tecniche senza apporto di materiale

Tecniche ioniche

Trattamenti laser (e cenni al laser cladding)

Trattamenti plasma

6. Elementi di modellizzazione e strumenti per la previsione delle prestazioni dei materiali

(FEM, CFD).

7. Modelli e tecniche di micro e nano-meccanica per la valutazione delle proprietà meccaniche di film e materiali massivi nanostrutturati

8. Esempi di applicazioni (materiali/tecnologie/principi)

BARRIER COATINGS (Diffusion barriers, Tensile strength/Impact strength,Flame retardancy, Fire protection, UV Protection)

SCRATCH AND WEAR RESISTANT COATINGS (Corrosion protection, Wear and tear protection, Scratch resistance)

CONDUCTIVE COATINGS (Insulation, fotovoltaico)

PHOTOCATALYTIC COATINGS

ANTI-BACTERIAL, ANTI-FOULING AND STAIN REPELLENT COATINGS (Antibacterial, Anti-fingerprint, Easy-to-Clean, Anti-Graffiti)

SELF-CLEANING COATINGS (Lotus-Effect)

ANTI-FOGGING COATINGSSMART AND RESPONSIVE COATINGS (Self-Healing, Self-Decontaminating Surfaces)

BIOACTIVE COATINGS (Biocompatibility, Biomimetics)

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Introduzione alla scienza e ingegneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI

• Richiami di scienza dei materiali, materiali nanocompositi, chimica - fisica delle superfici
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Fenomeni di degrado chimico e fisico delle superfici e dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione
• Tecnologie di ingegneria delle superfici e tecniche di caratterizzazione superficiale
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione

Modulo Materiali Nanostrutturati

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo Ingegneria delle superfici

L'esame verterà su una prova orale, con domande relative sia agli aspetti di base dell’ingegneria delle superfici che agli aspetti avanzati relativi alle proprietà ed applicazioni di specifiche classi di rivestimenti.

Le domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.

L'esame si basa generalmente su domande relative a specifici argomenti trattati nel corso, quali ad esempio:

• Proprietà delle superfici;
• Tecniche di fabbricazione di rivestimenti spessi e sottili;
• Fenomeni di degrado superficiale
• Proprietà meccaniche e funzionali di specifiche classi di rivestimenti;
• Applicazioni industriali.

La prova di esame ha quindi lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla comprensione delle tematiche affrontate durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento alle applicazioni industriali illustrate durante il corso.

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
Dispense fornite dal docente tramite piattaforma e-learning

Modulo: MATERIALI NANOSTRUTTURATI
N/D
Modulo: INGEGNERIA DELLE SUPERFICI E DEI FILM SOTTILI
N/D

Il corso fornisce una preparazione metodologica per l'impostazione e soluzione di problemi di meccanica del continuo e fornisce gli strumenti operativi per la soluzione di problemi applicativi concernenti la meccanica dei solidi e delle strutture. L’apprendimento dello studente viene accertato attraverso un esame che consiste in una prova scritta e una orale allo scopo di verificare che lo studente sia in grado di risolvere problemi elementari di meccanica dei solidi e di strutture elastiche snelle. In particolare, gli argomenti coprono (1) la meccanica dei solidi deformabili (Spostamento e deformazione: equazioni di compatibilità. Forze e sforzi: postulato, lemma e teorema di Cauchy; equazioni di bilancio. Equazioni costitutive: materiali elastici lineari ed isotropi e fibro-rinforzati. Criteri di resistenza), (2) la teoria elastica del solido di Saint-Venant (Il problema elastico del continuo a forma di trave: soluzione esatta e soluzione alla Saint-Venant (estensione, flessione, torsione uniformi e flessione non uniforme), (3) Elementi di Meccanica della Trave e delle Strutture (Spostamenti e misure di deformazione. Forze e coppie: equazioni di bilancio. Relazioni tra il modello monodimensionale di trave e il continuo 3D. Il problema cinematico e di equilibrio della trave piana vincolata. Il problema elastico: metodo degli spostamenti, metodo delle forze e curve elastiche. La risposta termo-elastica lineare. Le teorie della trave: trave di Eulero-Bernoulli e trave di Timoshenko).

Portare lo studente alla chiara comprensione del comportamento dei fluidi in dispositivi su scala micro e nanometrica. Fornire la comprensione dei meccanismi con cui i fluidi interagiscono con l'ambiente che li confina. Fornire la conoscenza critica delle diverse descrizioni dei fluidi e del loro moto per applicazioni micro e nano tecnologiche. Sviluppare compentenze di base per la progettazione e la gestione di sistemi micro e nano fluidici.

1. Elementi di fisica dei fluidi: Equazioni di Hamilton e richiami di meccanica statistica. Densità di massa, quantità di moto ed energia macroscopiche. Equazioni di bilancio per le grandezza macroscopiche. Elementi di struttura dei liquidi.

2. Il fluido come un continuo: Il sistema completo delle equazione della fluidodinamica. Sorgenti di irreversibilità nel moto dei fluidi. Relazioni costitutive e reologia.

3. Parametri che governano il flusso in in condizioni micro-confinate: Analisi dimensionale, numeri di Reynolds, Mach, Knudsen. Applicazione ai dispositivi a flusso.

4. Flussi di liquidi: Soluzioni elementari per flussi in micro-canali. Scorrimento a parete e lunghezza di scorrimento.

5. Le equazioni di Stokes: Flusso intorno ad una sfera e resistenza. Il metodo della funzione di Green.

6. Modelli numerici ai volumi finiti e metodo di proiezione. Il flusso in un micro-pompa.

7. Elementi di micropropulsione e micronuotatori.

8. Tensione superficiale: Bagnabilità. Flussi temocapillari. Microbolle e risposta acustica. Dispositivi di movimentazione per electro-wetting. Superfici super-idrofobe, stati di Cassie e di Wenzel.

9. Moto Browniano: Introduzione al moto Browniano e trasporto di particelle di meso-scala. Equazione di Langevin ed equazione di Fokker-Planck.

10. Modelli per film sottili e membrane: Bilantità di moto e energia per le membrane. Modelli di membrane biologiche.

11. Reologia di fluidi complessi: Viscoelasticità e reologia delle soluzione di macromolecole polimeriche.

12. Teoria della riposta lineare. Valutazione dei coefficienti di diffusione e viscosità a partire da simulazioni di dinamica molecolare.

13.Tecniche di fabbricazione di microdispositivi.

• 1. Elementi di fisica dei fluidi: Equazioni di Hamilton e richiami di meccanica statistica. Densità di massa, quantità di moto ed energia macroscopiche. Equazioni di bilancio per le grandezza macroscopiche. Elementi di struttura dei liquidi.2. Il fluido come un continuo: Il sistema completo delle equazione della fluidodinamica. Sorgenti di irreversibilità nel moto dei fluidi. Relazioni costitutive e reologia.3. Parametri che governano il flusso in in condizioni micro-confinate: Analisi dimensionale, numeri di Reynolds, Mach, Knudsen. Applicazione ai dispositivi a flusso.4. Flussi di liquidi: Soluzioni elementari per flussi in micro-canali. Scorrimento a parete e lunghezza di scorrimento.5. Le equazioni di Stokes: Flusso intorno ad una sfera e resistenza. Il metodo della funzione di Green. 6. Modelli numerici ai volumi finiti e metodo di proiezione. Il flusso in un micro-pompa. 7. Elementi di micropropulsione e micronuotatori.8. Tensione superficiale: Bagnabilità. Flussi temocapillari. Microbolle e risposta acustica. Dispositivi di movimentazione per electro-wetting. Superfici super-idrofobe, stati di Cassie e di Wenzel.9. Moto Browniano: Introduzione al moto Browniano e trasporto di particelle di meso-scala. Equazione di Langevin ed equazione di Fokker-Planck.10. Modelli per film sottili e membrane: Bilantità di moto e energia per le membrane. Modelli di membrane biologiche.11. Reologia di fluidi complessi: Viscoelasticità e reologia delle soluzione di macromolecole polimeriche.12. Teoria della riposta lineare. Valutazione dei coefficienti di diffusione e viscosità a partire da simulazioni di dinamica molecolare.13.Tecniche di fabbricazione di microdispositivi.
• Testi di riferimento: 1. Micro/Nanofluidics, Dispense a cura del Docente. 2. Microflow and Nanoflow, G. Karniadakis, A. Beskok, N. Aluru, Springer.3. Introduction to Microfluidics, P. Tabeling, S. Chen, Cambridge University.

La valutazione dell’allievo avviene tramite un esame con una parte scritta di 3 ore seguita da una prova orale, tipicamente sostenuta il giorno seguente quello della prova scritta.

La prova scritta consiste nel rispondere ad una serie di domande aperte (tipicamente quattro) relative alle diverse parti del programma svolto a lezione. Ciascuna risposta è valutata con un voto da 1 a 10 ed il voto relativo alla prova scritta è ottenuto come media dei voti delle risposte riportata in trentesimi. Fa seguito una prova orale dedicata alla discussione della prova scritta e all’approfondimento di ulteriori temi, in particolare connessi alle lezioni di laboratorio ed ad aspetti approfonditi in autonomia dall’allievo.

La struttura dell’esame viene ampiamente illustrata e discussa con gli allievi sia nella lezione di presentazione del corso che alla fine del semestre.

La prova di esame mira a valutare quanto l’allievo abbia acquisito le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla:

a) comprensione dei concetti e delle tecniche di analisi illustrati durante le lezioni;

b) capacità di apprendere in autonomia;

c) capacità di analizzare in modo critico un problema di micro-nanofluidica.

d) capacità di sintesi e abilità comunicativa.

1. Micro/Nanofluidics, Dispense a cura del Docente.

2. Microflow and Nanoflow, G. Karniadakis, A. Beskok, N. Aluru, Springer.

3. Introduction to Microfluidics, P. Tabeling, S. Chen, Cambridge University.

Il corso fornisce all’allievo un adeguato supporto formativo relativamente alla fisica, alle caratteristiche e alle potenzialità delle diverse tecniche di microscopia (da quelle elettroniche a quelle di sonda), sia per esigenze di R&D che di processi industriali in cui si impieghino nanotecnologie o in cui comunque si richieda la conoscenza di informazioni e proprietà fino alla scala atomica. Durante il corso vengono anche fornite adeguate informazioni di base sulle principali tecniche di spettroscopia (basate sull’interazione radiazione-materia), in grado di completare la caratterizzazione di un materiale/sistema sulla nanoscala. In via generale, il corso ha l’obiettivo di fornire al laureato magistrale in ingegneria delle nanotecnologie le necessarie conoscenze per consentirgli la scelta delle tecniche e delle metodologie di nanocaratterizzazione ottimali all’interno dei processi e procedure che sarà chiamato a definire/progettare/fruire nell’ambito del suo profilo professionale. Il corso si prefigge di fornire gli elementi essenziali di ottica elettronica in grado di consentire allo studente di approcciarsi alle diverse tecniche di microscopia elettronica sia a scansione che in trasmissione. Vengono forniti gli elementi fisici alla base del contrasto per consentire la corretta interpretazione dei risultati. Vengono descritte le tecniche spettroscopiche alla base delle più diffuse metodologie analitiche. Il corso è completato da una panoramica sulle tecniche complementari, sulla microscopia ionica e sulle metodologie di preparazione dei campioni in modo da consentire allo studente la familiarità necessaria ad utilizzare queste metodologie in un contesto operativo. Il corso fornisce anche agli studenti gli elementi essenziali di microscopia a scansione di sonda, microscopia a forza atomica, microscopia ad effetto tunnel, e microscopia ottica in campo vicino. Vengono forniti elementi essenziali di tecniche basate su tali microscopie per la caratterizzazione di proprietà chimiche, strutturali, meccaniche, magnetiche, elettriche e termiche su scala nanometrica, con l’obiettivo di consentire allo studente la selezione di specifiche tecniche in base a specifici contesti applicativi. Gli obiettivi formativi sono espressi in termini di Descrittori di Dublino in grado di descrivere le conoscenze acquisite dallo studente le capacità di applicazione e la crescita in termini d capacità critica, di comunicazione e di approfondimento. Relativamente alla conoscenza acquisita ed all’ incremento della capacità di comprensione, il corso fornisce elementi in grado di rafforzare le conoscenze nel settore delle metodologie di indagine a micro- e nano-scala, in particolare sulle tecniche ottiche basate su elettroni e ioni e sulle tecniche a scansione di sonda mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica. Relativamente alla capacità di applicare la conoscenza acquisita e la comprensione dei fenomeni connessi, le conoscenze acquisite forniscono allo studente gli strumenti operativi per affrontare e risolvere problemi nuovi e non familiari inerenti gli aspetti micro e nano strutturali delle nanotecnologie, anche quando inseriti in contesti ampi e interdisciplinari inerenti anche campi culturali contigui. Relativamente alla autonomia di giudizio, il corso fornisce gli elementi scientifici alla base delle tecnologie di indagine per cui lo studente diviene autonomo nella interpretazione dei dati sperimentali ed in grado di formulare un giudizio autonomo e non preconcetto sulle problematiche in esame. Il corso fornisce gli elementi necessari ad integrare le conoscenze acquisite in contesti più ampi al fine di interpretare e governare situazioni complesse e fornire giudizi ed interpretazioni anche in caso di informazioni parziali o incomplete, tenendo anche conto degli spetti etici e sociali connessi. Relativamente alla capacità di comunicare quanto si è appreso, il corso fornisce gli elementi sia semantici e di terminologia che concettuali in grado di consentire allo studente una proficua interazione, sia sulle tematiche stesse che sulle metodologie coinvolte, sia con gli specialisti del settore nell’ ambito di problematiche professionali che con soggetti non professionali nell’ ambito di interlocuzioni in cui le competenze specifiche dello studente siano basilari. Per quanto concerne la capacità di proseguire in maniera autonoma la propria formazione e specializzazione, il corso fornisce allo studente i principali strumenti interpretativi di successive letture ed esperienze in grado di consentire un proficuo ampliamento e focalizzazione delle competenze acquisite. Queste ultime possono essere così declinate: • conoscere le principali tecniche per la caratterizzazione livello nanometrico delle proprietà fisiche, chimiche e funzionali; in particolare le competenze acquisite riguarderanno le tecniche di: o microscopia elettronica per l’analisi morfo logica dei materiali fino alla scala atomica; o diffrazione per l’analisi strutturale dei materiali; o microscopia di sonda per l’analisi morfologica e per lo studio delle proprietà fisico-chimiche e di quelle funzionali fino alla scala nanometrica; o spettroscopia applicate allo studio delle proprietà funzionali dei materiali • comprendere i diversi meccanismi di interazione radiazione-materia ai fini del loro impiego nella caratterizzazione; • saper impostare un problema di caratterizzazione dalla meso- alla nanoscala, individuando le tecniche da utilizzare in rapporto anche al rapporto costi/benefici; • saper valutare i risultati conseguiti anche per la definizione di nuove procedure metrologiche; • saper lavorare in gruppo.

Microscopia Elettronica a Trasmissione (TEM)

Richiami ai principi fondamentali dell’ottica geometrica, con particolare attenzione ai concetti di propagazione dei fasci, messa a fuoco e formazione dell’immagine, applicati al comportamento degli elettroni all’interno di sistemi di lenti elettrostatiche ed elettromagnetiche. Descrizione dell’architettura di un microscopio elettronico a trasmissione e delle sue componenti principali (sorgente, colonne ottiche, condensatori, obiettivo e proiettive). Analisi dei meccanismi di interazione elettroni–materia e dei processi di formazione del contrasto, che determinano le diverse modalità di imaging in bright field, dark field e alta risoluzione (HRTEM). Studio dei meccanismi di contrasto di ampiezza e di fase, delle condizioni operative che li governano e della loro influenza sulla qualità dell’immagine. Introduzione ai principi generali della diffrazione, con approfondimento della diffrazione elettronica (SAED) per la determinazione di parametri cristallografici, orientazioni e simmetrie reticolari. Tecniche di analisi e trattamento delle immagini TEM, comprese le operazioni di filtraggio, trasformata di Fourier (FFT) e riconoscimento di difetti o periodicità locali, al fine di correlare quantitativamente morfologia, struttura e proprietà dei materiali. Criteri e procedure per la preparazione di campioni sottili, con particolare attenzione ai materiali isolanti o sensibili al fascio elettronico. Applicazioni in ambito industriale, biotecnologico, elettronico e dei materiali avanzati.

Microscopia Elettronica a Scansione (SEM)

Principi di funzionamento e architettura dello strumento; interazione elettroni-materia e generazione dei principali segnali (elettroni secondari, retrodiffusi, raggi X). Meccanismi di contrasto topografico e composizionale e loro interpretazione. Tecniche di imaging avanzato basate sulla catodoluminescenza (CL) per la caratterizzazione ottica e strutturale dei materiali. Criteri di preparazione dei campioni conduttivi e non conduttivi e accorgimenti per immagini ad alta risoluzione. Applicazioni nei materiali, nelle superfici e nelle nanotecnologie.

Microanalisi a Dispersione di Energia (EDS)

Principi di funzionamento e architettura dei rivelatori a dispersione di energia. Analisi qualitativa e quantitativa degli spettri X, procedure di calibrazione e validazione statistica. Applicazioni in TEM e SEM; limiti nella rivelazione di elementi leggeri, in tracce o in film sottili. Uso della EDS per composizione, omogeneità e distribuzioni elementari in materiali complessi.

Microscopie di Sonda a Scansione (SPM)

Architettura generale di un sistema a sonda. Microscopia a effetto tunnel (STM) e tecniche spettroscopiche associate per la caratterizzazione elettronica. Microscopia a forza atomica (AFM): principi e modalità (contatto, tapping, non-contatto, fase) con riferimento a rugosità, morfologia e mappatura di proprietà locali. Altre SPM e applicazioni quantitative/qualitative di superficie.

Tecniche Spettroscopiche Fotoniche

Principi e applicazioni della spettroscopia Raman e infrarossa (IR) per l’identificazione di fasi, gruppi funzionali, difetti e stress. Interpretazione degli spettri vibrazionali e regole di selezione. Complementarità Raman/IR nella caratterizzazione chimico-strutturale di materiali inorganici, polimerici e ibridi. Criteri di scelta in funzione del materiale, della risoluzione e della scala d’indagine.

Tecniche basate sull’uso dei raggi X

Principi fondamentali della diffrazione a raggi X (XRD) e basi cristallografiche; legge di Bragg, geometrie di diffrazione e analisi dei picchi per parametri reticolari, dimensione cristallina e tensioni residue. Metodi avanzati (X-ray reflectometry, texture) per caratterizzazione strutturale e superficiale. Principi della tomografia a raggi X (XCT): acquisizione, ricostruzione 3D e interpretazione volumetrica, con distinzione tra micro- e nano-tomografia. Integrazione tra XRD/XRR/XCT ed elettroniche per analisi multiscala e tridimensionale di struttura e morfologia. Applicazioni in ambito industriale, biomedico e dei materiali avanzati.

Casi di Studio

Esempi di uso integrato di microscopia elettronica, diffrazione, tomografia, microanalisi e spettroscopie per la caratterizzazione di materiali complessi. Approcci multi-tecnica e multiscala per correlare struttura, composizione e proprietà funzionali in sistemi di interesse tecnologico, industriale e biomedico.

• Settimane 1–6
• Testi di riferimento: Introduzione generale, principi fisici comuni e Microscopia Elettronica a Trasmissione (TEM)
• Settimane 7–8
• Testi di riferimento: Microscopia Elettronica a Scansione (SEM) e Microanalisi a Dispersione di Energia (EDS)
• Settimane 9–12
• Testi di riferimento: Microscopie di Sonda a Scansione (SPM) e Tecniche Spettroscopiche Fotoniche (Raman e Infrarosso)
• Settimana 13
• Testi di riferimento: Tecniche basate sull’uso dei raggi X (XRD, XCT) e Casi di Studio integrati

L'esame si svolge mediante:

A) una prova scritta che deve vertere sugli aspetti fondamentali trattati durante il corso;

B) una tesina su una tematica di interesse dell'allievo in cui si sviluppino approfondimenti relativi allo stato dell'arte. Si consiglia di scegliere la tematica insieme ad un collega del corso e poi sviluppare due diversi approfondimenti della stessa tematica. La tesina può essere presentata, a scelta dell'allievo, o come elaborato scritto o come presentazione tramite slide.

C) una prova orale in cui verrà discussa la tesina e la prova scritta.

La prova scritta ha durata di 2.5 ore. Le domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso. Inoltre, le domande possono essere basate su un caso scientifico reale, chiedendo l’analisi del problema e la discussione di quali approcci lo studente proporrebbe. Il punteggio della prova scritta (in trentesimi) viene calcolato sulla base della qualità delle risposte date e serve come base per il punteggio finale assegnato dopo la prova orale, inclusiva della presentazione e/o discussione della tesina.

Nel complesso, la prova di esame ha lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, non solo da un punto di vista teorico ma anche in relazione alle simulazioni pratiche. Per stimolare la capacità di apprendimento e l’autonomia degli studenti, questi ultimi sono invitati a proporre e discutere ricerche bibliografiche supplementari. In questo modo, il docente verifica l’autonomi di giudizio e la capacità di proporre soluzioni ai problemi. Infine, saranno giudicate anche le capacità di comunicazione – sempre tenendo conto delle difficoltà che gli studenti potrebbero riscontrare nell’uso della lingua inglese.

In particolare, la valutazione finale comprenderà i seguenti fattori:

a) comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento a situazioni pratiche “simulate” di problemi di caratterizzazione;

b) capacità di apprendere in autonomia;

c) capacità acribica in campo tecnologico e scientifico.

d) abilità comunicativa.

• Materiale didattico distribuito dal docente.
• Handbook of microscopy for nanotechnology, Kluwer Academic Publishers.
• Transmission Electron Microscopy - David B. Williams e C. Barry Carter, Springer Verlag (2009)

S.Amelinckx, D. van Dyck, J. van Landuyt, G. van Tendeloo: Electron Microscopy:Principles and Fundamentals; VCH, 1997,

Ray F. Egerton: Physical Principles of Electron Microscopy. An Introduction to TEM, SEM, and AEM.; Springer 2005

V.L. Mironov: Fundamentals of scanning probe microscopy

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. il corso fornisce la conoscenza delle leggi fondamentali della meccanica quantistica, con particolare attenzione alla loro applicazione alla fisica dello stato solido. CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE. lo studente imparerà come utilizzare i principi di base della meccanica quantistica e della fisica della materia condensata per risolvere semplici problemi legati alle conoscenze acquisite durante il corso. REALIZZAZIONE DI GIUDIZI AUTONOMI. Gli studenti svilupperanno la capacità di stabilire i limiti di validità di un modello approssimato nel regime classico o quantistico. Svilupperanno anche capacità di ragionamento quantitativo e capacità di problem solving relative alle conoscenze acquisite durante il corso. . COMPETENZE COMUNICATE. Alla fine del corso lo studente deve aver acquisito una buona conoscenza della lingua, soprattutto per quanto riguarda una specifica terminologia scientifica, in modo da poter comunicare chiaramente le proprie conoscenze. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO. lo studente svilupperà la capacità di studiare e comprendere autonomamente i fenomeni fisici su scala nanometrica con particolare attenzione allo studio delle proprietà elettroniche e ottiche dei materiali nanostrutturati.

ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Distribuzione di Fermi e Bose.

Strutture reticolari.

Modello di singolo elettrone.

Moto degli elettroni in un solido.

Semiconduttori.

Processi di emissione.

Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• I limiti della fisica classica

Breve rassegna della meccanica newtoniana e dell'elettromagnetismo classico. Radiazione di corpo nero, capacità termica dei solidi, effetto fotoelettrico, scattering Compton. Aspetti ondulatori delle particelle: Ipotesi di De Broglie, diffrazione di elettroni da un cristallo. Atomo di idrogeno e il modello di Bohr.

• Operatori

Proprietà matematiche degli operatori, autofunzioni e autovalori degli operatori. Operatori Hermitiani, ortogonalità delle autofunzioni di un operatore Hermitiano, normalizzazione e completezza delle autofunzioni. Operatore hermitiano aggiunto. Notazione Dirac.

• I postulati di base della meccanica quantistica

Valore medio di una grandezza osservabile, relazioni di commutazione per gli operatori di quantità di moto e posizione, operatori di commutazione e loro autofunzioni. Significato della funzione d'onda di stato. Pacchetti d'onda gaussiani. Autofunzioni dell'operatore energia, l'equazione di Schrodinger indipendente dal tempo.

Il principio di indeterminazione. Esempi.

• Problemi di autovalori di energia unidimensionale

Buca di potenziale infinita, buca di potenziale finita, barriera di potenziale finita. Effetto Tunnel. L'oscillatore armonico, gli operatori di creazione e annientamento.

• Momento angolare di Spin

L'esperimento Stern-Gerlach, i sistemi Spin ½, gli operatori di spin e le relazioni di commutazione. Formalismo di Pauli. Stati puri e misti.

• Formulazione matriciale della meccanica quantistica

Alcune proprietà della matrice di base, diagonalizzazione della matrice, rappresentazioni di operatori come matrici, derivazione di autofunzioni e autovalori di un operatore mediante il metodo della matrice.

• La meccanica quantistica del momento angolare

Operatori di momento angolare, autofunzioni e autovalori, armoniche sferiche. Elementi di matrice degli operatori del momento angolare, aggiunta di momenti angolari. Particelle in campi di potenziale sferici simmetrici, l'atomo di idrogeno. Introduzione alla teoria perturbativa indipendente dal tempo.

• Concetti di base di meccanica statistica

Spazio delle fasi, Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Esempi.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS

• Distribuzione di Fermi e Bose.
• Strutture reticolari.
• Modello di singolo elettrone.
• Moto degli elettroni in un solido.
• Semiconduttori.
• Processi di emissione.
• Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• Operatori
• I postulati di base della meccanica quantistica
• Problemi di autovalori di energia unidimensionale
• Momento angolare di Spin
• Formulazione matriciale della meccanica quantistica
• La meccanica quantistica del momento angolare

ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Distribuzione di Fermi e Bose.

Strutture reticolari.

Modello di singolo elettrone.

Moto degli elettroni in un solido.

Semiconduttori.

Processi di emissione.

Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• I limiti della fisica classica

Breve rassegna della meccanica newtoniana e dell'elettromagnetismo classico. Radiazione di corpo nero, capacità termica dei solidi, effetto fotoelettrico, scattering Compton. Aspetti ondulatori delle particelle: Ipotesi di De Broglie, diffrazione di elettroni da un cristallo. Atomo di idrogeno e il modello di Bohr.

• Operatori

Proprietà matematiche degli operatori, autofunzioni e autovalori degli operatori. Operatori Hermitiani, ortogonalità delle autofunzioni di un operatore Hermitiano, normalizzazione e completezza delle autofunzioni. Operatore hermitiano aggiunto. Notazione Dirac.

• I postulati di base della meccanica quantistica

Valore medio di una grandezza osservabile, relazioni di commutazione per gli operatori di quantità di moto e posizione, operatori di commutazione e loro autofunzioni. Significato della funzione d'onda di stato. Pacchetti d'onda gaussiani. Autofunzioni dell'operatore energia, l'equazione di Schrodinger indipendente dal tempo.

Il principio di indeterminazione. Esempi.

• Problemi di autovalori di energia unidimensionale

Buca di potenziale infinita, buca di potenziale finita, barriera di potenziale finita. Effetto Tunnel. L'oscillatore armonico, gli operatori di creazione e annientamento.

• Momento angolare di Spin

L'esperimento Stern-Gerlach, i sistemi Spin ½, gli operatori di spin e le relazioni di commutazione. Formalismo di Pauli. Stati puri e misti.

• Formulazione matriciale della meccanica quantistica

Alcune proprietà della matrice di base, diagonalizzazione della matrice, rappresentazioni di operatori come matrici, derivazione di autofunzioni e autovalori di un operatore mediante il metodo della matrice.

• La meccanica quantistica del momento angolare

Operatori di momento angolare, autofunzioni e autovalori, armoniche sferiche. Elementi di matrice degli operatori del momento angolare, aggiunta di momenti angolari. Particelle in campi di potenziale sferici simmetrici, l'atomo di idrogeno. Introduzione alla teoria perturbativa indipendente dal tempo.

• Concetti di base di meccanica statistica

Spazio delle fasi, Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Esempi.

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS

• Distribuzione di Fermi e Bose.
• Strutture reticolari.
• Modello di singolo elettrone.
• Moto degli elettroni in un solido.
• Semiconduttori.
• Processi di emissione.
• Fononi.

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS

• Operatori
• I postulati di base della meccanica quantistica
• Problemi di autovalori di energia unidimensionale
• Momento angolare di Spin
• Formulazione matriciale della meccanica quantistica
• La meccanica quantistica del momento angolare

ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
La prova scritta consisterà in alcuni esercizi e alcune domande teoriche riguardanti il modulo di elementi di meccanica quantistica. Gli idonei a questa prova sosterranno una prova orale sulle tematiche relative al corso di fisica della materia condensata.

ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
La prova scritta consisterà in alcuni esercizi e alcune domande teoriche riguardanti il modulo di elementi di meccanica quantistica. Gli idonei a questa prova sosterranno una prova orale sulle tematiche relative al corso di fisica della materia condensata.

ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Slide del docente.

C. Kittel - Introduction to solid state physics.

"Fisica dello Stato Solido" - dispense del prof. M. Giura

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
A. Yariv, “An Introduction to Theory and Applications of Quantum Mechanics”, DOVER

N. Zettili, “Quantum Mechanics: Concepts and Applications”, Wiley

J.J Sakurai, “Modern Quantum Mechanics” Addison Wesley

D.J. Griffiths, “Introduction to Quantum Mechanics” Cambridge University Press

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
C. Kittel - Introduction to solid state physics

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
N/D

ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
Slide del docente.

C. Kittel - Introduction to solid state physics.

"Fisica dello Stato Solido" - dispense del prof. M. Giura

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
A. Yariv, “An Introduction to Theory and Applications of Quantum Mechanics”, DOVER

N. Zettili, “Quantum Mechanics: Concepts and Applications”, Wiley

J.J Sakurai, “Modern Quantum Mechanics” Addison Wesley

D.J. Griffiths, “Introduction to Quantum Mechanics” Cambridge University Press

Modulo: ELEMENTS OF CONDENSED MATTER PHYSICS
C. Kittel - Introduction to solid state physics

Modulo: ELEMENTS OF QUANTUM MECHANICS
N/D

Il modulo intitolato “Nanostructured Materials” fornirà agli studenti i principi e gli strumenti fondamentali che controllano le relazioni tra struttura-fabbricazione-proprietà delle classi di materiali ingegneristici su diverse scale, da quella macro a quella nano. Una volta completato il corso, gli studenti saranno in grado di sviluppare il materiale e il processo produttivo per un particolare componente, tenendo conto dell'influenza che la trasformazione e le successive lavorazioni possono avere sulla struttura e sulle proprietà del materiale stesso.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rinforzo nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Introduzione alla scienza e ingneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Dispense a cura del docente

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
N/D

Il modulo intitolato “Nanostructured Materials” fornirà agli studenti i principi e gli strumenti fondamentali che controllano le relazioni tra struttura-fabbricazione-proprietà delle classi di materiali ingegneristici su diverse scale, da quella macro a quella nano. Una volta completato il corso, gli studenti saranno in grado di sviluppare il materiale e il processo produttivo per un particolare componente, tenendo conto dell'influenza che la trasformazione e le successive lavorazioni possono avere sulla struttura e sulle proprietà del materiale stesso.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rinforzo nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Introduzione alla scienza e ingneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Dispense a cura del docente

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
N/D

Il corso ha come obiettivo di introdurre alla fisica della luce e delle onde elettromagnetiche e alla loro applicazione tecnologica. Partendo dalle equazioni di Maxwell, il corso introduce le onde elettromagnetiche e le loro soluzioni in termini di onde piane o sferiche. Particolare attenzione è data all’interpretazione dell’indice di rifrazione in chiave microscopica, come interazione attiva e reattiva dei dipoli di polarizzazione con il campo elettromagnetico. Questo approccio ha come obiettivo di spiegare il rallentamento della luce nei mezzi, dando gli strumenti culturali per comprendere tutti gli effetti lineari e nonlineari di interazione tra la luce e i materiali.
Il corso quindi analizzerà la riflessione e rifrazione della luce e tutti i fenomeni associati, parte fondamentale per la comprensione sia di come agiscono i diversi dispositivi ottici attualmente utilizzati (specchi, lenti, sistemi ottici complessi, fibre ottiche). Il corso introduce alle problematiche legate ai pannelli solari e alla conversione dell’energia solare. Gli aspetti ondosi della luce saranno analizzati sia relativamente all’interferenza e ai risonatori ottici, sia relativamente alla diffrazione, introducendo il principio di Huygens-Fresnel e le sue applicazioni in campo vicino e in campo lontano. Questi studi permetteranno di introdurre i concetti base della nano-ottica e le tecniche di simulazione associate.
La parte finale del corso introdurrà ai materiali nonlineari e ai fenomeni associati. Sarà discussa l’ottica nonlineare del secondo e del terzo ordine. Particolare attenzione sarà rivolta ai fenomeni del secondo ordine sia di natura catalitica (generazione di seconda armonica e generazione di armonica differenza) sia di natura rifrattiva (effetto Kerr e fotorifrattività). Sfruttando le nonlinearità fotorifrattive sarà mostrato come possono essere prodotti circuiti neuromorfi la cui risposta ha un comportamento simile ai neuroni biologici. Tali circuiti neurali sono in grado di riconoscere informazioni codificate otticamente (machine learning) e memorizzarle (memorie RAM e ROM). I circuiti neuromorfi sono gli elementi base per costruire una Intelligenza Artificiale Fotonica hardware.

Onde elettromagnetiche e luce

Equazioni di Maxwell ed equazione delle onde EM. Onde sferiche e piane. Frequenze e lunghezze d'onda delle onde EM. Interpretazione microscopica dell'indice di rifrazione. Polarizzazione attiva e reattiva e indice di rifrazione complesso. Equazione di Sellmeyer per la dispersione dell'indice di rifrazione. Numero di Abbe e spazio di Abbe per i vetri. Vettore di Poynting ed energia luminosa. Quantità illuminotecniche.

Riflessione e rifrazione

Principio di Fermat di "minima azione " e leggi di Snell. Coefficienti di Fresnel. Angolo critico e regime di riflessione totale. Onde evanescenti e sfasamento di Goos-Hänchen. Interpretazione geometrica di fibre ottiche e guide d'onda.

Ottica geometrica

Approssimazione della lunghezza d'onda corta. Riflessione e specchi. Rifrazione e superfici diottriche. Lenti sottili. Lenti spesse e piani principali. Sistemi ottici centrati. Pupille / stop / numero f / apertura numerica. Vignettatura e legge del coseno alla quarta potenza. Principali aberrazioni ottiche. Aberrazione cromatica e doppietto acromatico. Sistemi rifrattivi fondamentali. Tracciamento dei raggi e matrici ABCD.

Interferenza e interferometri

Interferenza di 2 onde co-propaganti. Onde battenti. Onde e impulsi continui. Velocità di fase e di gruppo. Interferenza spaziale e temporale. L'esperimento di Young. Interferenza di 2 onde contro-propaganti: onde stazionarie e risonatori. Risonatore Fabry-Perot. Fibre ottiche come risonatori trasversali. Sistemi interferenti multistrato. Progettazione di specchi dielettrici e filtri passa banda. Interferometri di Michelson e MachZehnder.

Diffrazione

Principio e integrale di Huygens-Fresnel. Regime di campo vicino e Integrale di Fresnel. Campo lontano e integrale di Fraunhofer. Diffrazione da una fenditura. Limite di focalizzazione di una lente. Diffrazione da uno stop. Diffrazione da un reticolo. Reticoli armonici e anarmonici. Nano-ottica.

Ottica dei mezzi anisotropi

Cristalli anisotropi. Indice ellissoide. Cristalli uniassiali e biassiali. Dicroismo. Lamine di ritardo.

Ottica nonlineare

Risposta nonlineare. Oscillatore anarmonico. Effetti del secondo ordine. Il tensore ottico nonlineare. Generazione di armonica ottica. Effetti parametrici. L'effetto elettro-ottico di Pockels. Modulatori elettro-ottici. Fotorefrattività e strutture ottiche autoassemblanti. Solitoni spaziali e guide d'onda solitoniche. Sistemi intelligenti, machine learning e intelligenza artificiale fotonica.

Sarà valutata la capacità dello studente di ragionare sulle onde elettromagnetiche, di aver compreso i principali fenomeni della luce e saper discriminare tra loro in un caso reale presentato. La prova valutativa è composta da un colloquio orale.

M. Born & E. Wolf, Principles of Optics, Pergamon Press

F. Gori, Elementi di Ottica, Accademia

K.D. Moller, Optics, Springer

G. Chartier, Introduction to Optics, Springer

L’obiettivo formativo del corso è di introdurre gli studenti alla teoria e alla pratica delle simulazioni atomistiche attraverso l’insegnamento dei vari aspetti di carattere multi-disciplinare inerenti. L’insegnamento riguarderà aspetti fondamentali dei modelli classici e approfondimenti dei principali approcci quantistici. Attività di laboratorio ed esercitazioni saranno focalizzati sulle problematiche numeriche

connesse.

Risultati di apprendimento attesi:

Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino)

Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II)

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche

Autonomia di giudizio (descrittore III)

Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.

Abilità comunicative (descrittore IV)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.

Capacità di apprendere (descrittore V)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino)

Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II)

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche

Autonomia di giudizio (descrittore III)

Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.

Abilità comunicative (descrittore IV)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.

Capacità di apprendere (descrittore V)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Richiami di meccanica Lagrangiana e Hamiltoniana

Sistemi di N particelle e M gradi di libertà; coordinate generalizzate e momenti coniugati; spazio delle fasi: microstato e macrostato di un sistema; Lagrangiana di un sistema di N particelle e equazioni Lagrangiane del moto; Hamiltoniana di un sistema di N particelle e equazioni Hamiltoniane del moto.

2) Introduzione alla Meccanica Statistica

Grandezze fisiche macroscopiche; ensamble statistico; ipotesi di Gibbs (ergodica), funzione di distribuzione e densità dei microstati nello spazio delle fasi; considerazioni quantistiche sullo spazio delle fasi e quanto d’azione; misura statistica di una grandezza fisica; teorema di Liouville.

Ensamble microcanonico: funzione di distribuzione e funzione di partizione; definizione statistica dell’entropia e suo calcolo nell’ensamble microcanonico; equilibrio termico, meccanico, chimico e definizione statistica di temperatura, pressione, potenziale chimico; variabili intensive ed estensive statistiche e legame con le variabili termodinamiche; Ensamble canonico: funzione di distribuzione nell’ensamble canonico; densità di probabilità in energia e densità degli stati; funzione di partizione canonica; calcolo dell’entropia per un gas ideale nell’ensamble canonico; distribuzione di Maxwell e equipartizione. Ensamble grand-canonico: funzione di distribuzione; funzione di partizione per i casi classico e quantistico; grand potenziale; gas perfetto e calcolo del potenziale chimico; distribuzione di Bose-Einstein per i bosoni; distribuzione di Fermi-Dirac per i fermioni

3) Metodo Monte-Carlo in meccanica statistica

Integrazione Monte-Carlo; numeri casuali, pseudo-casuali e test di casualità; generatori di sequenze pseudo-casuali: generatore congruenziale lineare; campionamento d’importanza: metodo del rigetto e metodo di inversione; campionamento d’importanza in meccanica statistica; sequenze di Markov; algoritmo di Metropolis; aspetti tecnici dell’algoritmo di Metropolis: potenziali di interazione semplici a 2 corpi (potenziale di Lennard-Jones), condizioni al contorno periodiche, potenziale troncato e shift, unità ridotte, spostamento medio, moti di orientazione di molecole lineari e non lineari rigide; schema di Metropolis nell’ensamble canonico e regola di accettazione; Metropolis nell’ensamble microcanonico; schema di Metropolis nell’ensamble grand canonico e regole di accettazione per sottrazione/aggiunta di una particella.

4) Dinamica Molecolare classica

Introduzione e criteri d’inizializzazione; calcolo delle forze per potenziali di interazione a 2 corpi e condizioni al contorno periodiche; aspetti tecnici e lista dei vicini (lista di Verlet); integrazione delle equazioni del moto: algoritmo di Verlet e sue proprietà (algoritmi Hamiltoniani, conservazione dell’energia a breve e lungo termine, reversibilità); algoritmi alternativi di basso ordine: leap-frog, velocity-verlet, Beeman; algoritmi di ordine superiore: predictor-corrector; instabilità di Lyapunov. Osservabili. osservabili termodinamici: temperatura, terorema del Viriale e pressione, calore specifico a volume costante; conservazione dell’energia e correzione a lungo raggio; correzione per la pressione; osservabili strutturali: funzione di distribuzione radiale ed esempi per strutture solide (cristalline e amorfe), liquidi e gas. Diffusione e coefficiente di diffusione di specie diffondenti: equazioni di Green-Kubo; Dinamica molecolare nell’ensamble canonico: velocity rescaling e il problema delle fluttuazioni; termostato di Andersen; termostato di Nosè-Hoover: metodo della lagrangiana estesa, media temporale e media d’ensamble, equazioni del moto di Nosè-Hoover e loro interpretazione; limiti dell’algoritmo in presenza di più vincoli; termostato di Evans.

5) Potenziali classici

Procedura generale per la generazione della forma analitica di un potenziale di interazione; limiti dei potenziali classici a 2 corpi; il concetto di “potenziale a molti corpi”: densità e coordinazione; il problema della trasferibilità; formula generale dei potenziali a molti corpi: termini a molti corpi e forme funzionali alla Lennard-Jones a alla Morse; potenziali metallici e proprietà di invarianza; potenziali a molti corpi per semiconduttori e strutture organiche: potenziale di Stillinger-Weber; potenziali Force-Field per semiconduttori e strutture organiche; potenziali di Tersoff;: concetto del bond-order; parametri di Tersoff per il carbonio e il silicio.

6) Teoria quantistica dei sistemi a molti corpi

Breve richiamo di alcuni concetti di meccanica quantistica e teoria dei solidi; funzione d’onda ed equazione di Schrödinger per sistemi a molti corpi; approssimazioni frozen-core e Born-Oppenheimer (adiabatica); approssimazione di singolo elettrone e fattorizzazione della funzione d’onda elettronica; principio variazionale: stato fondamentale e principio di Rayleigh-Ritz; termine coulombiano di Hartree; principio di Pauli e determinante di Slater; equazione di Hartree-Fock e energia di “scambio”; il concetto di “correlazione”; dinamica molecolare tight-binding: metodo tight-binding: energia di “band-structure” e termine repulsivo; parametrizzazione e trasferibilità; diagonalizzazione della matrice hamiltoniana: autostati di singolo elettrone; teorema di Hellmann-Feynman e calcolo delle forze;

7) Cenni alla teoria del funzionale densità

La teoria del funzionale densità indipendente dal tempo: primo e secondo teorema di Hohenberg-Kohn; formulazione di Kohn-Sham e sistema associato di elettroni indipendenti; il funzionale di scambio-correlazione, approssimazione LDA e GGA.

Soluzioni dell’equazione di Kohn-Sham: le condizioni al contorno periodiche, sviluppo delle funzioni d’onda in onde piane; il concetto di pseudo-potenziale; auto-consistenza e algoritmi di minimizzazione; calcolo delle forze mediante il teorema di Hellmann-Feynman.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
Introduzione.

• Brevi richiami di elettromagnetismo: equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia. Modello di Drude Lorentz.
• Crisi della fisica classica: corpo nero, effetto fotoelettrico, spettri di assorbimento, atomo di idrogeno, modello di Bohr, effetto tunnel.

Introduzione alla meccanica quantistica.

• Dualismo onda particella. I postulati della meccanica quantistica. Osservabili fisiche e loro misura. Formalismo Hamiltoniano. Principio di sovrapposizione. Equazione di Schroedinger dipendente e non dipendente dal tempo. principio di indeterminazione di Heisenberg.
• Applicazioni concettuali: particella libera, particella e barriera di potenziale, particella in una scatola.
• Applicazioni: oscillatore armonico, momento angolare, atomo di idrogeno. Operatore di Spin.

Concetti base di meccanica statistica.

• Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e di Bose-Einstein

Molecole.

• Energie tipiche, approssimazione di Born-Oppenheimer. Approssimazione armonica e di rotatore rigido.
• Potenziale di Morse.
• Molecola di Idrogeno e metodo di approssimazione in sviluppo degli orbitali atomici (LCAO)

Materia condensata: Solidi cristallini.

• reticolo diretto e reticolo inverso. Prima zona di Brillouine.
• Modello one-electron, equazione di Schroedinger in potenziale periodico, autofunzioni di Bloch, modello a

bande, densità degli stati.

• Conduttori, isolanti, semiconduttori.
• Teoria della conduzione in un metallo & un semiconduttore.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE

• 15 ore: introduzione alla meccanica statistica15 ore: metodi MonteCarlo e Metropolis15 ore: dinamica molecolare15 ore: introduzione alla teoria quantistica di sistemi a moti corpi
• Testi di riferimento: dispense fornite dal docente

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• primo modulo: meccanica quantistica e elemanti di struttura della materia
• Testi di riferimento: - Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain) Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

La prova d'esame consiste in un colloquio orale durante il quale lo/la studente/ssa dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze fondamentali della materia.

In particolare la valutazione si basa su: verifica sull’apprendimento di nozioni teoriche (60%) (“Conoscenze e capacità di comprendere” e “Conoscenza e capacità di comprensione applicate”)

Verifica sulla proprietà di linguaggio e sulla chiarezza di esposizione (20%) (“Abilità comunicative”)

-Verifica sulla capacità di applicazione delle conoscenze acquisite al campo delle nanotecnologie (20%) (“Capacità di apprendere”)

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
I testi consigliati sono:

Materiale didattico e dispense a cura del docente distribuito durante le lezioni.

Per approfondimenti si consiglia:

1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain)

Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Altri testi per parti di programma indicate a lezione:
• Introduction to Modern Physics (G. Fowles) & Dispense di ottica del Dipartimento di Fisica (P. Mataloni, A. Frova)

https://www.phys.uniroma1.it/biblioteca/web_disp/d6/dispense/Frova_Mataloni.pdf

• Quantum Mechanics for Applied Physics and Engineering (A.T. Fromhold Jr)
• Fundamental University Physics (Alonso – Finn)

L’obiettivo formativo del corso è di introdurre gli studenti alla teoria e alla pratica delle simulazioni atomistiche attraverso l’insegnamento dei vari aspetti di carattere multi-disciplinare inerenti. L’insegnamento riguarderà aspetti fondamentali dei modelli classici e approfondimenti dei principali approcci quantistici. Attività di laboratorio ed esercitazioni saranno focalizzati sulle problematiche numeriche

connesse.

Risultati di apprendimento attesi:

Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino)

Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II)

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche

Autonomia di giudizio (descrittore III)

Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.

Abilità comunicative (descrittore IV)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.

Capacità di apprendere (descrittore V)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino)

Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II)

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche

Autonomia di giudizio (descrittore III)

Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.

Abilità comunicative (descrittore IV)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.

Capacità di apprendere (descrittore V)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Richiami di meccanica Lagrangiana e Hamiltoniana

Sistemi di N particelle e M gradi di libertà; coordinate generalizzate e momenti coniugati; spazio delle fasi: microstato e macrostato di un sistema; Lagrangiana di un sistema di N particelle e equazioni Lagrangiane del moto; Hamiltoniana di un sistema di N particelle e equazioni Hamiltoniane del moto.

2) Introduzione alla Meccanica Statistica

Grandezze fisiche macroscopiche; ensamble statistico; ipotesi di Gibbs (ergodica), funzione di distribuzione e densità dei microstati nello spazio delle fasi; considerazioni quantistiche sullo spazio delle fasi e quanto d’azione; misura statistica di una grandezza fisica; teorema di Liouville.

Ensamble microcanonico: funzione di distribuzione e funzione di partizione; definizione statistica dell’entropia e suo calcolo nell’ensamble microcanonico; equilibrio termico, meccanico, chimico e definizione statistica di temperatura, pressione, potenziale chimico; variabili intensive ed estensive statistiche e legame con le variabili termodinamiche; Ensamble canonico: funzione di distribuzione nell’ensamble canonico; densità di probabilità in energia e densità degli stati; funzione di partizione canonica; calcolo dell’entropia per un gas ideale nell’ensamble canonico; distribuzione di Maxwell e equipartizione. Ensamble grand-canonico: funzione di distribuzione; funzione di partizione per i casi classico e quantistico; grand potenziale; gas perfetto e calcolo del potenziale chimico; distribuzione di Bose-Einstein per i bosoni; distribuzione di Fermi-Dirac per i fermioni

3) Metodo Monte-Carlo in meccanica statistica

Integrazione Monte-Carlo; numeri casuali, pseudo-casuali e test di casualità; generatori di sequenze pseudo-casuali: generatore congruenziale lineare; campionamento d’importanza: metodo del rigetto e metodo di inversione; campionamento d’importanza in meccanica statistica; sequenze di Markov; algoritmo di Metropolis; aspetti tecnici dell’algoritmo di Metropolis: potenziali di interazione semplici a 2 corpi (potenziale di Lennard-Jones), condizioni al contorno periodiche, potenziale troncato e shift, unità ridotte, spostamento medio, moti di orientazione di molecole lineari e non lineari rigide; schema di Metropolis nell’ensamble canonico e regola di accettazione; Metropolis nell’ensamble microcanonico; schema di Metropolis nell’ensamble grand canonico e regole di accettazione per sottrazione/aggiunta di una particella.

4) Dinamica Molecolare classica

Introduzione e criteri d’inizializzazione; calcolo delle forze per potenziali di interazione a 2 corpi e condizioni al contorno periodiche; aspetti tecnici e lista dei vicini (lista di Verlet); integrazione delle equazioni del moto: algoritmo di Verlet e sue proprietà (algoritmi Hamiltoniani, conservazione dell’energia a breve e lungo termine, reversibilità); algoritmi alternativi di basso ordine: leap-frog, velocity-verlet, Beeman; algoritmi di ordine superiore: predictor-corrector; instabilità di Lyapunov. Osservabili. osservabili termodinamici: temperatura, terorema del Viriale e pressione, calore specifico a volume costante; conservazione dell’energia e correzione a lungo raggio; correzione per la pressione; osservabili strutturali: funzione di distribuzione radiale ed esempi per strutture solide (cristalline e amorfe), liquidi e gas. Diffusione e coefficiente di diffusione di specie diffondenti: equazioni di Green-Kubo; Dinamica molecolare nell’ensamble canonico: velocity rescaling e il problema delle fluttuazioni; termostato di Andersen; termostato di Nosè-Hoover: metodo della lagrangiana estesa, media temporale e media d’ensamble, equazioni del moto di Nosè-Hoover e loro interpretazione; limiti dell’algoritmo in presenza di più vincoli; termostato di Evans.

5) Potenziali classici

Procedura generale per la generazione della forma analitica di un potenziale di interazione; limiti dei potenziali classici a 2 corpi; il concetto di “potenziale a molti corpi”: densità e coordinazione; il problema della trasferibilità; formula generale dei potenziali a molti corpi: termini a molti corpi e forme funzionali alla Lennard-Jones a alla Morse; potenziali metallici e proprietà di invarianza; potenziali a molti corpi per semiconduttori e strutture organiche: potenziale di Stillinger-Weber; potenziali Force-Field per semiconduttori e strutture organiche; potenziali di Tersoff;: concetto del bond-order; parametri di Tersoff per il carbonio e il silicio.

6) Teoria quantistica dei sistemi a molti corpi

Breve richiamo di alcuni concetti di meccanica quantistica e teoria dei solidi; funzione d’onda ed equazione di Schrödinger per sistemi a molti corpi; approssimazioni frozen-core e Born-Oppenheimer (adiabatica); approssimazione di singolo elettrone e fattorizzazione della funzione d’onda elettronica; principio variazionale: stato fondamentale e principio di Rayleigh-Ritz; termine coulombiano di Hartree; principio di Pauli e determinante di Slater; equazione di Hartree-Fock e energia di “scambio”; il concetto di “correlazione”; dinamica molecolare tight-binding: metodo tight-binding: energia di “band-structure” e termine repulsivo; parametrizzazione e trasferibilità; diagonalizzazione della matrice hamiltoniana: autostati di singolo elettrone; teorema di Hellmann-Feynman e calcolo delle forze;

7) Cenni alla teoria del funzionale densità

La teoria del funzionale densità indipendente dal tempo: primo e secondo teorema di Hohenberg-Kohn; formulazione di Kohn-Sham e sistema associato di elettroni indipendenti; il funzionale di scambio-correlazione, approssimazione LDA e GGA.

Soluzioni dell’equazione di Kohn-Sham: le condizioni al contorno periodiche, sviluppo delle funzioni d’onda in onde piane; il concetto di pseudo-potenziale; auto-consistenza e algoritmi di minimizzazione; calcolo delle forze mediante il teorema di Hellmann-Feynman.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
Introduzione.

• Brevi richiami di elettromagnetismo: equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia. Modello di Drude Lorentz.
• Crisi della fisica classica: corpo nero, effetto fotoelettrico, spettri di assorbimento, atomo di idrogeno, modello di Bohr, effetto tunnel.

Introduzione alla meccanica quantistica.

• Dualismo onda particella. I postulati della meccanica quantistica. Osservabili fisiche e loro misura. Formalismo Hamiltoniano. Principio di sovrapposizione. Equazione di Schroedinger dipendente e non dipendente dal tempo. principio di indeterminazione di Heisenberg.
• Applicazioni concettuali: particella libera, particella e barriera di potenziale, particella in una scatola.
• Applicazioni: oscillatore armonico, momento angolare, atomo di idrogeno. Operatore di Spin.

Concetti base di meccanica statistica.

• Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e di Bose-Einstein

Molecole.

• Energie tipiche, approssimazione di Born-Oppenheimer. Approssimazione armonica e di rotatore rigido.
• Potenziale di Morse.
• Molecola di Idrogeno e metodo di approssimazione in sviluppo degli orbitali atomici (LCAO)

Materia condensata: Solidi cristallini.

• reticolo diretto e reticolo inverso. Prima zona di Brillouine.
• Modello one-electron, equazione di Schroedinger in potenziale periodico, autofunzioni di Bloch, modello a

bande, densità degli stati.

• Conduttori, isolanti, semiconduttori.
• Teoria della conduzione in un metallo & un semiconduttore.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE

• 15 ore: introduzione alla meccanica statistica15 ore: metodi MonteCarlo e Metropolis15 ore: dinamica molecolare15 ore: introduzione alla teoria quantistica di sistemi a moti corpi
• Testi di riferimento: dispense fornite dal docente

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• primo modulo: meccanica quantistica e elemanti di struttura della materia
• Testi di riferimento: - Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain) Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

La prova d'esame consiste in un colloquio orale durante il quale lo/la studente/ssa dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze fondamentali della materia.

In particolare la valutazione si basa su: verifica sull’apprendimento di nozioni teoriche (60%) (“Conoscenze e capacità di comprendere” e “Conoscenza e capacità di comprensione applicate”)

Verifica sulla proprietà di linguaggio e sulla chiarezza di esposizione (20%) (“Abilità comunicative”)

-Verifica sulla capacità di applicazione delle conoscenze acquisite al campo delle nanotecnologie (20%) (“Capacità di apprendere”)

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
I testi consigliati sono:

Materiale didattico e dispense a cura del docente distribuito durante le lezioni.

Per approfondimenti si consiglia:

1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain)

Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Altri testi per parti di programma indicate a lezione:
• Introduction to Modern Physics (G. Fowles) & Dispense di ottica del Dipartimento di Fisica (P. Mataloni, A. Frova)

https://www.phys.uniroma1.it/biblioteca/web_disp/d6/dispense/Frova_Mataloni.pdf

• Quantum Mechanics for Applied Physics and Engineering (A.T. Fromhold Jr)
• Fundamental University Physics (Alonso – Finn)

L’obiettivo formativo del corso è di introdurre gli studenti alla teoria e alla pratica delle simulazioni atomistiche attraverso l’insegnamento dei vari aspetti di carattere multi-disciplinare inerenti. L’insegnamento riguarderà aspetti fondamentali dei modelli classici e approfondimenti dei principali approcci quantistici. Attività di laboratorio ed esercitazioni saranno focalizzati sulle problematiche numeriche connesse. Risultati di apprendimento attesi:
Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino) Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II) Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche
Autonomia di giudizio (descrittore III) Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.
Abilità comunicative (descrittore IV) Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.
Capacità di apprendere (descrittore V) Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

SIMULAZIONI ATOMISTICHE
Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Richiami di meccanica Lagrangiana e Hamiltoniana

Sistemi di N particelle e M gradi di libertà; coordinate generalizzate e momenti coniugati; spazio delle fasi: microstato e macrostato di un sistema; Lagrangiana di un sistema di N particelle e equazioni Lagrangiane del moto; Hamiltoniana di un sistema di N particelle e equazioni Hamiltoniane del moto.

2) Introduzione alla Meccanica Statistica

Grandezze fisiche macroscopiche; ensamble statistico; ipotesi di Gibbs (ergodica), funzione di distribuzione e densità dei microstati nello spazio delle fasi; considerazioni quantistiche sullo spazio delle fasi e quanto d’azione; misura statistica di una grandezza fisica; teorema di Liouville.

Ensamble microcanonico: funzione di distribuzione e funzione di partizione; definizione statistica dell’entropia e suo calcolo nell’ensamble microcanonico; equilibrio termico, meccanico, chimico e definizione statistica di temperatura, pressione, potenziale chimico; variabili intensive ed estensive statistiche e legame con le variabili termodinamiche; Ensamble canonico: funzione di distribuzione nell’ensamble canonico; densità di probabilità in energia e densità degli stati; funzione di partizione canonica; calcolo dell’entropia per un gas ideale nell’ensamble canonico; distribuzione di Maxwell e equipartizione. Ensamble grand-canonico: funzione di distribuzione; funzione di partizione per i casi classico e quantistico; grand potenziale; gas perfetto e calcolo del potenziale chimico; distribuzione di Bose-Einstein per i bosoni; distribuzione di Fermi-Dirac per i fermioni

3) Metodo Monte-Carlo in meccanica statistica

Integrazione Monte-Carlo; numeri casuali, pseudo-casuali e test di casualità; generatori di sequenze pseudo-casuali: generatore congruenziale lineare; campionamento d’importanza: metodo del rigetto e metodo di inversione; campionamento d’importanza in meccanica statistica; sequenze di Markov; algoritmo di Metropolis; aspetti tecnici dell’algoritmo di Metropolis: potenziali di interazione semplici a 2 corpi (potenziale di Lennard-Jones), condizioni al contorno periodiche, potenziale troncato e shift, unità ridotte, spostamento medio, moti di orientazione di molecole lineari e non lineari rigide; schema di Metropolis nell’ensamble canonico e regola di accettazione; Metropolis nell’ensamble microcanonico; schema di Metropolis nell’ensamble grand canonico e regole di accettazione per sottrazione/aggiunta di una particella.

4) Dinamica Molecolare classica

Introduzione e criteri d’inizializzazione; calcolo delle forze per potenziali di interazione a 2 corpi e condizioni al contorno periodiche; aspetti tecnici e lista dei vicini (lista di Verlet); integrazione delle equazioni del moto: algoritmo di Verlet e sue proprietà (algoritmi Hamiltoniani, conservazione dell’energia a breve e lungo termine, reversibilità); algoritmi alternativi di basso ordine: leap-frog, velocity-verlet, Beeman; algoritmi di ordine superiore: predictor-corrector; instabilità di Lyapunov. Osservabili. osservabili termodinamici: temperatura, terorema del Viriale e pressione, calore specifico a volume costante; conservazione dell’energia e correzione a lungo raggio; correzione per la pressione; osservabili strutturali: funzione di distribuzione radiale ed esempi per strutture solide (cristalline e amorfe), liquidi e gas. Diffusione e coefficiente di diffusione di specie diffondenti: equazioni di Green-Kubo; Dinamica molecolare nell’ensamble canonico: velocity rescaling e il problema delle fluttuazioni; termostato di Andersen; termostato di Nosè-Hoover: metodo della lagrangiana estesa, media temporale e media d’ensamble, equazioni del moto di Nosè-Hoover e loro interpretazione; limiti dell’algoritmo in presenza di più vincoli; termostato di Evans.

5) Potenziali classici

Procedura generale per la generazione della forma analitica di un potenziale di interazione; limiti dei potenziali classici a 2 corpi; il concetto di “potenziale a molti corpi”: densità e coordinazione; il problema della trasferibilità; formula generale dei potenziali a molti corpi: termini a molti corpi e forme funzionali alla Lennard-Jones a alla Morse; potenziali metallici e proprietà di invarianza; potenziali a molti corpi per semiconduttori e strutture organiche: potenziale di Stillinger-Weber; potenziali Force-Field per semiconduttori e strutture organiche; potenziali di Tersoff;: concetto del bond-order; parametri di Tersoff per il carbonio e il silicio.

6) Teoria quantistica dei sistemi a molti corpi

Breve richiamo di alcuni concetti di meccanica quantistica e teoria dei solidi; funzione d’onda ed equazione di Schrödinger per sistemi a molti corpi; approssimazioni frozen-core e Born-Oppenheimer (adiabatica); approssimazione di singolo elettrone e fattorizzazione della funzione d’onda elettronica; principio variazionale: stato fondamentale e principio di Rayleigh-Ritz; termine coulombiano di Hartree; principio di Pauli e determinante di Slater; equazione di Hartree-Fock e energia di “scambio”; il concetto di “correlazione”; dinamica molecolare tight-binding: metodo tight-binding: energia di “band-structure” e termine repulsivo; parametrizzazione e trasferibilità; diagonalizzazione della matrice hamiltoniana: autostati di singolo elettrone; teorema di Hellmann-Feynman e calcolo delle forze;

7) Cenni alla teoria del funzionale densità

La teoria del funzionale densità indipendente dal tempo: primo e secondo teorema di Hohenberg-Kohn; formulazione di Kohn-Sham e sistema associato di elettroni indipendenti; il funzionale di scambio-correlazione, approssimazione LDA e GGA.

Soluzioni dell’equazione di Kohn-Sham: le condizioni al contorno periodiche, sviluppo delle funzioni d’onda in onde piane; il concetto di pseudo-potenziale; auto-consistenza e algoritmi di minimizzazione; calcolo delle forze mediante il teorema di Hellmann-Feynman.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
Introduzione.

• Brevi richiami di elettromagnetismo: equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia. Modello di Drude Lorentz.
• Crisi della fisica classica: corpo nero, effetto fotoelettrico, spettri di assorbimento, atomo di idrogeno, modello di Bohr, effetto tunnel.

Introduzione alla meccanica quantistica.

• Dualismo onda particella. I postulati della meccanica quantistica. Osservabili fisiche e loro misura. Formalismo Hamiltoniano. Principio di sovrapposizione. Equazione di Schroedinger dipendente e non dipendente dal tempo. principio di indeterminazione di Heisenberg.
• Applicazioni concettuali: particella libera, particella e barriera di potenziale, particella in una scatola.
• Applicazioni: oscillatore armonico, momento angolare, atomo di idrogeno. Operatore di Spin.

Concetti base di meccanica statistica.

• Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e di Bose-Einstein

Molecole.

• Energie tipiche, approssimazione di Born-Oppenheimer. Approssimazione armonica e di rotatore rigido.
• Potenziale di Morse.
• Molecola di Idrogeno e metodo di approssimazione in sviluppo degli orbitali atomici (LCAO)

Materia condensata: Solidi cristallini.

• reticolo diretto e reticolo inverso. Prima zona di Brillouine.
• Modello one-electron, equazione di Schroedinger in potenziale periodico, autofunzioni di Bloch, modello a

bande, densità degli stati.

• Conduttori, isolanti, semiconduttori.
• Teoria della conduzione in un metallo & un semiconduttore.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE

• 15 ore: introduzione alla meccanica statistica15 ore: metodi MonteCarlo e Metropolis15 ore: dinamica molecolare15 ore: introduzione alla teoria quantistica di sistemi a moti corpi
• Testi di riferimento: dispense fornite dal docente

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• primo modulo: meccanica quantistica e elemanti di struttura della materia
• Testi di riferimento: - Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain) Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Richiami di meccanica Lagrangiana e Hamiltoniana

Sistemi di N particelle e M gradi di libertà; coordinate generalizzate e momenti coniugati; spazio delle fasi: microstato e macrostato di un sistema; Lagrangiana di un sistema di N particelle e equazioni Lagrangiane del moto; Hamiltoniana di un sistema di N particelle e equazioni Hamiltoniane del moto.

2) Introduzione alla Meccanica Statistica

Grandezze fisiche macroscopiche; ensamble statistico; ipotesi di Gibbs (ergodica), funzione di distribuzione e densità dei microstati nello spazio delle fasi; considerazioni quantistiche sullo spazio delle fasi e quanto d’azione; misura statistica di una grandezza fisica; teorema di Liouville.

Ensamble microcanonico: funzione di distribuzione e funzione di partizione; definizione statistica dell’entropia e suo calcolo nell’ensamble microcanonico; equilibrio termico, meccanico, chimico e definizione statistica di temperatura, pressione, potenziale chimico; variabili intensive ed estensive statistiche e legame con le variabili termodinamiche; Ensamble canonico: funzione di distribuzione nell’ensamble canonico; densità di probabilità in energia e densità degli stati; funzione di partizione canonica; calcolo dell’entropia per un gas ideale nell’ensamble canonico; distribuzione di Maxwell e equipartizione. Ensamble grand-canonico: funzione di distribuzione; funzione di partizione per i casi classico e quantistico; grand potenziale; gas perfetto e calcolo del potenziale chimico; distribuzione di Bose-Einstein per i bosoni; distribuzione di Fermi-Dirac per i fermioni

3) Metodo Monte-Carlo in meccanica statistica

Integrazione Monte-Carlo; numeri casuali, pseudo-casuali e test di casualità; generatori di sequenze pseudo-casuali: generatore congruenziale lineare; campionamento d’importanza: metodo del rigetto e metodo di inversione; campionamento d’importanza in meccanica statistica; sequenze di Markov; algoritmo di Metropolis; aspetti tecnici dell’algoritmo di Metropolis: potenziali di interazione semplici a 2 corpi (potenziale di Lennard-Jones), condizioni al contorno periodiche, potenziale troncato e shift, unità ridotte, spostamento medio, moti di orientazione di molecole lineari e non lineari rigide; schema di Metropolis nell’ensamble canonico e regola di accettazione; Metropolis nell’ensamble microcanonico; schema di Metropolis nell’ensamble grand canonico e regole di accettazione per sottrazione/aggiunta di una particella.

4) Dinamica Molecolare classica

Introduzione e criteri d’inizializzazione; calcolo delle forze per potenziali di interazione a 2 corpi e condizioni al contorno periodiche; aspetti tecnici e lista dei vicini (lista di Verlet); integrazione delle equazioni del moto: algoritmo di Verlet e sue proprietà (algoritmi Hamiltoniani, conservazione dell’energia a breve e lungo termine, reversibilità); algoritmi alternativi di basso ordine: leap-frog, velocity-verlet, Beeman; algoritmi di ordine superiore: predictor-corrector; instabilità di Lyapunov. Osservabili. osservabili termodinamici: temperatura, terorema del Viriale e pressione, calore specifico a volume costante; conservazione dell’energia e correzione a lungo raggio; correzione per la pressione; osservabili strutturali: funzione di distribuzione radiale ed esempi per strutture solide (cristalline e amorfe), liquidi e gas. Diffusione e coefficiente di diffusione di specie diffondenti: equazioni di Green-Kubo; Dinamica molecolare nell’ensamble canonico: velocity rescaling e il problema delle fluttuazioni; termostato di Andersen; termostato di Nosè-Hoover: metodo della lagrangiana estesa, media temporale e media d’ensamble, equazioni del moto di Nosè-Hoover e loro interpretazione; limiti dell’algoritmo in presenza di più vincoli; termostato di Evans.

5) Potenziali classici

Procedura generale per la generazione della forma analitica di un potenziale di interazione; limiti dei potenziali classici a 2 corpi; il concetto di “potenziale a molti corpi”: densità e coordinazione; il problema della trasferibilità; formula generale dei potenziali a molti corpi: termini a molti corpi e forme funzionali alla Lennard-Jones a alla Morse; potenziali metallici e proprietà di invarianza; potenziali a molti corpi per semiconduttori e strutture organiche: potenziale di Stillinger-Weber; potenziali Force-Field per semiconduttori e strutture organiche; potenziali di Tersoff;: concetto del bond-order; parametri di Tersoff per il carbonio e il silicio.

6) Teoria quantistica dei sistemi a molti corpi

Breve richiamo di alcuni concetti di meccanica quantistica e teoria dei solidi; funzione d’onda ed equazione di Schrödinger per sistemi a molti corpi; approssimazioni frozen-core e Born-Oppenheimer (adiabatica); approssimazione di singolo elettrone e fattorizzazione della funzione d’onda elettronica; principio variazionale: stato fondamentale e principio di Rayleigh-Ritz; termine coulombiano di Hartree; principio di Pauli e determinante di Slater; equazione di Hartree-Fock e energia di “scambio”; il concetto di “correlazione”; dinamica molecolare tight-binding: metodo tight-binding: energia di “band-structure” e termine repulsivo; parametrizzazione e trasferibilità; diagonalizzazione della matrice hamiltoniana: autostati di singolo elettrone; teorema di Hellmann-Feynman e calcolo delle forze;

7) Cenni alla teoria del funzionale densità

La teoria del funzionale densità indipendente dal tempo: primo e secondo teorema di Hohenberg-Kohn; formulazione di Kohn-Sham e sistema associato di elettroni indipendenti; il funzionale di scambio-correlazione, approssimazione LDA e GGA.

Soluzioni dell’equazione di Kohn-Sham: le condizioni al contorno periodiche, sviluppo delle funzioni d’onda in onde piane; il concetto di pseudo-potenziale; auto-consistenza e algoritmi di minimizzazione; calcolo delle forze mediante il teorema di Hellmann-Feynman.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
Introduzione.

• Brevi richiami di elettromagnetismo: equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia. Modello di Drude Lorentz.
• Crisi della fisica classica: corpo nero, effetto fotoelettrico, spettri di assorbimento, atomo di idrogeno, modello di Bohr, effetto tunnel.

Introduzione alla meccanica quantistica.

• Dualismo onda particella. I postulati della meccanica quantistica. Osservabili fisiche e loro misura. Formalismo Hamiltoniano. Principio di sovrapposizione. Equazione di Schroedinger dipendente e non dipendente dal tempo. principio di indeterminazione di Heisenberg.
• Applicazioni concettuali: particella libera, particella e barriera di potenziale, particella in una scatola.
• Applicazioni: oscillatore armonico, momento angolare, atomo di idrogeno. Operatore di Spin.

Concetti base di meccanica statistica.

• Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e di Bose-Einstein

Molecole.

• Energie tipiche, approssimazione di Born-Oppenheimer. Approssimazione armonica e di rotatore rigido.
• Potenziale di Morse.
• Molecola di Idrogeno e metodo di approssimazione in sviluppo degli orbitali atomici (LCAO)

Materia condensata: Solidi cristallini.

• reticolo diretto e reticolo inverso. Prima zona di Brillouine.
• Modello one-electron, equazione di Schroedinger in potenziale periodico, autofunzioni di Bloch, modello a

bande, densità degli stati.

• Conduttori, isolanti, semiconduttori.
• Teoria della conduzione in un metallo & un semiconduttore.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE

• 15 ore: introduzione alla meccanica statistica15 ore: metodi MonteCarlo e Metropolis15 ore: dinamica molecolare15 ore: introduzione alla teoria quantistica di sistemi a moti corpi
• Testi di riferimento: dispense fornite dal docente

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• primo modulo: meccanica quantistica e elemanti di struttura della materia
• Testi di riferimento: - Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain) Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

SIMULAZIONI ATOMISTICHE
La prova d'esame consiste in un colloquio orale durante il quale lo/la studente/ssa dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze fondamentali della materia.

In particolare la valutazione si basa su: verifica sull’apprendimento di nozioni teoriche (60%) (“Conoscenze e capacità di comprendere” e “Conoscenza e capacità di comprensione applicate”)

Verifica sulla proprietà di linguaggio e sulla chiarezza di esposizione (20%) (“Abilità comunicative”)

-Verifica sulla capacità di applicazione delle conoscenze acquisite al campo delle nanotecnologie (20%) (“Capacità di apprendere”)

PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
La prova d'esame consiste in un colloquio orale durante il quale lo/la studente/ssa dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze fondamentali della materia.

In particolare la valutazione si basa su: verifica sull’apprendimento di nozioni teoriche (60%) (“Conoscenze e capacità di comprendere” e “Conoscenza e capacità di comprensione applicate”)

Verifica sulla proprietà di linguaggio e sulla chiarezza di esposizione (20%) (“Abilità comunicative”)

-Verifica sulla capacità di applicazione delle conoscenze acquisite al campo delle nanotecnologie (20%) (“Capacità di apprendere”)

SIMULAZIONI ATOMISTICHE
Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
I testi consigliati sono:

Materiale didattico e dispense a cura del docente distribuito durante le lezioni.

Per approfondimenti si consiglia:

1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain)

Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Altri testi per parti di programma indicate a lezione:
• Introduction to Modern Physics (G. Fowles) & Dispense di ottica del Dipartimento di Fisica (P. Mataloni, A. Frova)

https://www.phys.uniroma1.it/biblioteca/web_disp/d6/dispense/Frova_Mataloni.pdf

• Quantum Mechanics for Applied Physics and Engineering (A.T. Fromhold Jr)
• Fundamental University Physics (Alonso – Finn)

PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
I testi consigliati sono:

Materiale didattico e dispense a cura del docente distribuito durante le lezioni.

Per approfondimenti si consiglia:

1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain)

Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Altri testi per parti di programma indicate a lezione:
• Introduction to Modern Physics (G. Fowles) & Dispense di ottica del Dipartimento di Fisica (P. Mataloni, A. Frova)

https://www.phys.uniroma1.it/biblioteca/web_disp/d6/dispense/Frova_Mataloni.pdf

• Quantum Mechanics for Applied Physics and Engineering (A.T. Fromhold Jr)
• Fundamental University Physics (Alonso – Finn)

Il corso fornisce allo studente gli strumenti qualitativi e quantitativi per la comprensione dei processi subcellulari e/o coinvolgenti microorganismi. Inoltrefornisce le basi biochimiche e cinetiche necessarie per la caratterizzazione dei processi enzimatici, di regolazione genetica e di crescita di microorganismi e di linee cellulari e la loro descrizione quantitativa

Il corso è formato da due unità didattiche integrate e complementari.

La prima fornisce gli elementi essenziali di ottica elettronica in grado di consentire allo studente di approcciarsi alle diverse tecniche di microscopia elettronica sia a scansione che in trasmissione. Vengono forniti gli elementi fisici alla base del contrasto per consentire la corretta interpretazione dei risultati. Vengono descritte le tecniche spettroscopiche alla base delle più diffuse metodologie analitiche. Il corso è completato da una panoramica sulle tecniche complementari, sulla microscopia ionica e sulle metodologie di preparazione dei campioni in modo da consentire allo studente la familiarità necessaria ad utilizzare queste metodologie in un contesto operativo.

La seconda fornisce agli studenti gli elementi essenziali di microscopia a scansione di sonda, microscopia a forza atomica, microscopia ad effetto tunnel, e microscopia ottica in campo vicino. Vengono forniti elementi essenziali di tecniche basate su tali microscopie per la caratterizzazione di proprietà chimiche, strutturali, meccaniche, magnetiche, elettriche e termiche su scala nanometrica, con l’obiettivo di consentire allo studente la selezione di specifiche tecniche in base a specifici contesti applicativi.

Gli obiettivi formativi sono espressi in termini di Descrittori di Dublino in grado di descrivere le conoscenze acquisite dallo studente le capacità di applicazione e la crescita in termini d capacità critica, di comunicazione e di approfondimento.

Relativamente alla conoscenza acquisita ed all’ incremento della capacità di comprensione, il corso fornisce elementi in grado di rafforzare le conoscenze nel settore delle metodologie di indagine a micro- e nano-scala, in particolare sulle tecniche ottiche basate su elettroni e ioni e sulle tecniche a scansione di sonda mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica.

Relativamente alla capacità di applicare la conoscenza acquisita e la comprensione dei fenomeni connessi, le conoscenze acquisite forniscono allo studente gli strumenti operativi per affrontare e risolvere problemi nuovi e non familiari inerenti gli aspetti micro e nano strutturali delle nanotecnologie, anche quando inseriti in contesti ampi e interdisciplinari inerenti anche campi culturali contigui.

Relativamente alla autonomia di giudizio, il corso fornisce gli elementi scientifici alla base delle tecnologie di indagine per cui lo studente diviene autonomo nella interpretazione dei dati sperimentali ed in grado di formulare un giudizio autonomo e non preconcetto sulle problematiche in esame. Il corso fornisce gli elementi necessari ad integrare le conoscenze acquisite in contesti più ampi al fine di interpretare e governare situazioni complesse e fornire giudizi ed interpretazioni anche in caso di informazioni parziali o incomplete, tenendo anche conto degli spetti etici e sociali connessi.

Relativamente alla capacità di comunicare quanto si è appreso, il corso fornisce gli elementi sia semantici e di terminologia che concettuali in grado di consentire allo studente una proficua interazione, sia sulle tematiche stesse che sulle metodologie coinvolte, sia con gli specialisti del settore nell’ ambito di problematiche professionali che con soggetti non professionali nell’ ambito di interlocuzioni in cui le competenze specifiche dello studente siano basilari.

Per quanto concerne la capacità di proseguire in maniera autonoma la propria formazione e specializzazione, il corso fornisce allo studente i principali strumenti interpretativi di successive letture ed esperienze in grado di consentire un proficuo ampliamento e focalizzazione delle competenze acquisite.

Lo studente sarà in grado di descrivere le metodologie di indagine a micro- e nano-scala, in particolare sulle tecniche ottiche basate su elettroni e ioni e sulle tecniche a scansione di sonda mettendo lo studente in grado di elaborare o applicare idee originali e di inserirsi in un contesto di tecnologie avanzate e nell’ ambito della ricerca tecnologica. Sarà in grado di scegliere le tecniche più efficaci per lo studio dei sistemi fisici con cui si troverà ad operare nella sua futura attività.

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
Fondamenti di AFM e SPM: 6 ore

Introduzione alla microscopia a scansione di sonda (SPM)

Microscopia a forza atomica (AFM): generalità

AFM contact mode

AFM tapping mode & phase imaging

Tecniche avanzate basate su AFM: 14 ore

Caratterizzazioni meccaniche mediante AFM

Caratterizzazioni elettriche mediante AFM

Caratterizzazioni magnetiche mediante AFM

Lezione di approfondimento: Microscopia acustica a forza atomica (AFAM)

Tomografia mediante AFM

Microscopia ad effetto tunnel (STM) : 6 ore

Scanning near-field optical microscopy (SNOM) : 2 ore

Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) : 1 ore

Litografia mediante AFM : 1 ora

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
Il corso prevede di giungere alla descrizione del funzionamento e delle prestazioni di moderni microscopi elettronici e ionici sia a scansione che in trasmissione. A questo scopo vengono erogati una serie di moduli interconnessi ed integrati in grado di fornire allo studente un percorso formativo di base autosufficiente e completo in grado di consentire di padroneggiare gli aspetti fondamentali della disciplina.

Nel dettaglio il corso prevede la seguente organizzazione:

• Introduzione generale comprendente il concetto di immagine e di formazione di immagini. Teoria di Abbe sulla formazione dell'immagine con lenti. Limite di risoluzione e di rivelabilità. Proprietà generali degli elettroni. (8 ore)
• Elementi costitutivi in microscopia elettronica: cannoni elettronici e ionici, lenti elettrostatiche e magnetiche, deflettori e rivelatori. Tecnologia del vuoto. (12 ore)
• Struttura e operatività del microscopio elettronico in trasmissione; Diffrazione di elettroni e principi di cristallografia, contrasto e limiti di risoluzione. Contrasto di ampiezza e contrasto di fase. (10 ore)
• Struttura e operatività del microscopio elettronico a scansione; tipologie di contrasto, interpretazione delle immagini prestazioni e limiti di risoluzione. (10 ore)
• Metodologie analitiche in microscopia elettronica: Spettroscopia di Raggi X e spettroscopia di perdita di energia elettronica. (10 ore)
• Metodi di indagine accessori: catodoluminescenza, contrasto di tensione, EBIC, contrasto magnetico, Auger. (5 ore)
• Principi di microscopia ionica a scansione (HIM e FIB) e di nanolavorazione in situ. (5 ore)

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY

• Fondamenti di AFM e SPM
• Tecniche avanzate basate su AFM
• Microscopia ad effetto tunnel (STM)
• Scanning near-field optical microscopy (SNOM)
• Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS)
• Litografia mediante AFM

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES

• Introduzione generale
• Elementi costitutivi in

microscopia

elettronica

• Struttura e operatività del

microscopio elettronico in

trasmissione

• Struttura e operatività del

microscopio elettronico a

scansione

• Metodologie analitiche in

microscopia

elettronica

• Metodi di indagine

accessori

• Principi di microscopia

ionica a

scansione (HIM

e FIB) e di nanolavorazione in situ

In considerazione dei contenuti dell’insegnamento e degli obiettivi formativi che sono principalmente incentrati sulla acquisizione di conoscenze, le modalità di valutazione sono basate sull’ accertamento della preparazione acquisite oltre che sull’ inserimento in contesti più ampi. Gli elementi presi in esame ai fini della valutazione sono legati alla entità delle conoscenze acquisite ed al loro approfondimento in termini di dettagli tecnici e di capacità inserimento in contesti di tipo applicativo. Il giudizio prescinde sostanzialmente dalla modalità di apprendimento e non vengono poste preclusioni ad una formazione autonoma dello studente o con una limitata interazione con il docente. A tal fine la modalità della prova finale, scritto e orale, senza valutazioni intermedie appare maggiormente adatta allo scopo. Una prova scritta a stimolo chiuso con risposta aperta rappresenta lo strumento più adatto a valutare il raggiungimento degli obiettivi formativi, in quanto la possibilità di ampliare e differenziare la risposta ad un quesito fisso consente di mettere in luce il livello di approfondimento della tematica e quindi di coerenza della preparazione del singolo studente con gli obiettivi formativi. La integrazione con una prova orale basata essenzialmente ma non esclusivamente sulle tematiche della prova scritta, consente di approfondire la valutazione del raggiungimento dell’obiettivo formativo e di affinare la valutazione sulle conoscenze acquisite e metabolizzate dallo studente.

Nel dettaglio, la prova scritta della durata di due ore è basata su 6 domande a risposta aperta delle quali 2 su microscopia a scansione di sonda e tecniche correlate e 4 su microscopia elettronica e tecniche correlate. Viene richiesta l’elaborazione di tre argomenti a scelta dei quali uno concernente la microscopia a sonda e due la microscopia elettronica e tecniche correlate.

Gli studenti che abbiano positivamente superato l’esame scritto sono ammessi ad una prova orale nella quale vengono approfonditi gli argomenti trattati, sulla base dei quali è possibile anche estendere il ragionamento ad altri argomenti correlati.

Le prove vengono effettuate alla fine del percorso formativo e sono previsti due appelli nella sessione estiva, due in quella autunnale e due in quella invernale.

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
Slide fornite dal docente

Fundamentals of scanning probe microscopy (V.L. Mironov)

Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
Slide del docente

Modulo: SCANNING PROBE MICROSCOPY
N/D
Modulo: ELECTRON MICROSCOPIES
N/D

L’obiettivo formativo del corso è di introdurre gli studenti alla teoria e alla pratica delle simulazioni atomistiche attraverso l’insegnamento dei vari aspetti di carattere multi-disciplinare inerenti. L’insegnamento riguarderà aspetti fondamentali dei modelli classici e approfondimenti dei principali approcci quantistici. Attività di laboratorio ed esercitazioni saranno focalizzati sulle problematiche numeriche

connesse.

Risultati di apprendimento attesi:

Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino)

Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II)

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche

Autonomia di giudizio (descrittore III)

Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.

Abilità comunicative (descrittore IV)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.

Capacità di apprendere (descrittore V)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino)

Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II)

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche

Autonomia di giudizio (descrittore III)

Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.

Abilità comunicative (descrittore IV)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.

Capacità di apprendere (descrittore V)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Richiami di meccanica Lagrangiana e Hamiltoniana

Sistemi di N particelle e M gradi di libertà; coordinate generalizzate e momenti coniugati; spazio delle fasi: microstato e macrostato di un sistema; Lagrangiana di un sistema di N particelle e equazioni Lagrangiane del moto; Hamiltoniana di un sistema di N particelle e equazioni Hamiltoniane del moto.

2) Introduzione alla Meccanica Statistica

Grandezze fisiche macroscopiche; ensamble statistico; ipotesi di Gibbs (ergodica), funzione di distribuzione e densità dei microstati nello spazio delle fasi; considerazioni quantistiche sullo spazio delle fasi e quanto d’azione; misura statistica di una grandezza fisica; teorema di Liouville.

Ensamble microcanonico: funzione di distribuzione e funzione di partizione; definizione statistica dell’entropia e suo calcolo nell’ensamble microcanonico; equilibrio termico, meccanico, chimico e definizione statistica di temperatura, pressione, potenziale chimico; variabili intensive ed estensive statistiche e legame con le variabili termodinamiche; Ensamble canonico: funzione di distribuzione nell’ensamble canonico; densità di probabilità in energia e densità degli stati; funzione di partizione canonica; calcolo dell’entropia per un gas ideale nell’ensamble canonico; distribuzione di Maxwell e equipartizione. Ensamble grand-canonico: funzione di distribuzione; funzione di partizione per i casi classico e quantistico; grand potenziale; gas perfetto e calcolo del potenziale chimico; distribuzione di Bose-Einstein per i bosoni; distribuzione di Fermi-Dirac per i fermioni

3) Metodo Monte-Carlo in meccanica statistica

Integrazione Monte-Carlo; numeri casuali, pseudo-casuali e test di casualità; generatori di sequenze pseudo-casuali: generatore congruenziale lineare; campionamento d’importanza: metodo del rigetto e metodo di inversione; campionamento d’importanza in meccanica statistica; sequenze di Markov; algoritmo di Metropolis; aspetti tecnici dell’algoritmo di Metropolis: potenziali di interazione semplici a 2 corpi (potenziale di Lennard-Jones), condizioni al contorno periodiche, potenziale troncato e shift, unità ridotte, spostamento medio, moti di orientazione di molecole lineari e non lineari rigide; schema di Metropolis nell’ensamble canonico e regola di accettazione; Metropolis nell’ensamble microcanonico; schema di Metropolis nell’ensamble grand canonico e regole di accettazione per sottrazione/aggiunta di una particella.

4) Dinamica Molecolare classica

Introduzione e criteri d’inizializzazione; calcolo delle forze per potenziali di interazione a 2 corpi e condizioni al contorno periodiche; aspetti tecnici e lista dei vicini (lista di Verlet); integrazione delle equazioni del moto: algoritmo di Verlet e sue proprietà (algoritmi Hamiltoniani, conservazione dell’energia a breve e lungo termine, reversibilità); algoritmi alternativi di basso ordine: leap-frog, velocity-verlet, Beeman; algoritmi di ordine superiore: predictor-corrector; instabilità di Lyapunov. Osservabili. osservabili termodinamici: temperatura, terorema del Viriale e pressione, calore specifico a volume costante; conservazione dell’energia e correzione a lungo raggio; correzione per la pressione; osservabili strutturali: funzione di distribuzione radiale ed esempi per strutture solide (cristalline e amorfe), liquidi e gas. Diffusione e coefficiente di diffusione di specie diffondenti: equazioni di Green-Kubo; Dinamica molecolare nell’ensamble canonico: velocity rescaling e il problema delle fluttuazioni; termostato di Andersen; termostato di Nosè-Hoover: metodo della lagrangiana estesa, media temporale e media d’ensamble, equazioni del moto di Nosè-Hoover e loro interpretazione; limiti dell’algoritmo in presenza di più vincoli; termostato di Evans.

5) Potenziali classici

Procedura generale per la generazione della forma analitica di un potenziale di interazione; limiti dei potenziali classici a 2 corpi; il concetto di “potenziale a molti corpi”: densità e coordinazione; il problema della trasferibilità; formula generale dei potenziali a molti corpi: termini a molti corpi e forme funzionali alla Lennard-Jones a alla Morse; potenziali metallici e proprietà di invarianza; potenziali a molti corpi per semiconduttori e strutture organiche: potenziale di Stillinger-Weber; potenziali Force-Field per semiconduttori e strutture organiche; potenziali di Tersoff;: concetto del bond-order; parametri di Tersoff per il carbonio e il silicio.

6) Teoria quantistica dei sistemi a molti corpi

Breve richiamo di alcuni concetti di meccanica quantistica e teoria dei solidi; funzione d’onda ed equazione di Schrödinger per sistemi a molti corpi; approssimazioni frozen-core e Born-Oppenheimer (adiabatica); approssimazione di singolo elettrone e fattorizzazione della funzione d’onda elettronica; principio variazionale: stato fondamentale e principio di Rayleigh-Ritz; termine coulombiano di Hartree; principio di Pauli e determinante di Slater; equazione di Hartree-Fock e energia di “scambio”; il concetto di “correlazione”; dinamica molecolare tight-binding: metodo tight-binding: energia di “band-structure” e termine repulsivo; parametrizzazione e trasferibilità; diagonalizzazione della matrice hamiltoniana: autostati di singolo elettrone; teorema di Hellmann-Feynman e calcolo delle forze;

7) Cenni alla teoria del funzionale densità

La teoria del funzionale densità indipendente dal tempo: primo e secondo teorema di Hohenberg-Kohn; formulazione di Kohn-Sham e sistema associato di elettroni indipendenti; il funzionale di scambio-correlazione, approssimazione LDA e GGA.

Soluzioni dell’equazione di Kohn-Sham: le condizioni al contorno periodiche, sviluppo delle funzioni d’onda in onde piane; il concetto di pseudo-potenziale; auto-consistenza e algoritmi di minimizzazione; calcolo delle forze mediante il teorema di Hellmann-Feynman.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
Introduzione.

• Brevi richiami di elettromagnetismo: equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia. Modello di Drude Lorentz.
• Crisi della fisica classica: corpo nero, effetto fotoelettrico, spettri di assorbimento, atomo di idrogeno, modello di Bohr, effetto tunnel.

Introduzione alla meccanica quantistica.

• Dualismo onda particella. I postulati della meccanica quantistica. Osservabili fisiche e loro misura. Formalismo Hamiltoniano. Principio di sovrapposizione. Equazione di Schroedinger dipendente e non dipendente dal tempo. principio di indeterminazione di Heisenberg.
• Applicazioni concettuali: particella libera, particella e barriera di potenziale, particella in una scatola.
• Applicazioni: oscillatore armonico, momento angolare, atomo di idrogeno. Operatore di Spin.

Concetti base di meccanica statistica.

• Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e di Bose-Einstein

Molecole.

• Energie tipiche, approssimazione di Born-Oppenheimer. Approssimazione armonica e di rotatore rigido.
• Potenziale di Morse.
• Molecola di Idrogeno e metodo di approssimazione in sviluppo degli orbitali atomici (LCAO)

Materia condensata: Solidi cristallini.

• reticolo diretto e reticolo inverso. Prima zona di Brillouine.
• Modello one-electron, equazione di Schroedinger in potenziale periodico, autofunzioni di Bloch, modello a

bande, densità degli stati.

• Conduttori, isolanti, semiconduttori.
• Teoria della conduzione in un metallo & un semiconduttore.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE

• 15 ore: introduzione alla meccanica statistica15 ore: metodi MonteCarlo e Metropolis15 ore: dinamica molecolare15 ore: introduzione alla teoria quantistica di sistemi a moti corpi
• Testi di riferimento: dispense fornite dal docente

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• primo modulo: meccanica quantistica e elemanti di struttura della materia
• Testi di riferimento: - Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain) Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

La prova d'esame consiste in un colloquio orale durante il quale lo/la studente/ssa dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze fondamentali della materia.

In particolare la valutazione si basa su: verifica sull’apprendimento di nozioni teoriche (60%) (“Conoscenze e capacità di comprendere” e “Conoscenza e capacità di comprensione applicate”)

Verifica sulla proprietà di linguaggio e sulla chiarezza di esposizione (20%) (“Abilità comunicative”)

-Verifica sulla capacità di applicazione delle conoscenze acquisite al campo delle nanotecnologie (20%) (“Capacità di apprendere”)

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
I testi consigliati sono:

Materiale didattico e dispense a cura del docente distribuito durante le lezioni.

Per approfondimenti si consiglia:

1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain)

Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Altri testi per parti di programma indicate a lezione:
• Introduction to Modern Physics (G. Fowles) & Dispense di ottica del Dipartimento di Fisica (P. Mataloni, A. Frova)

https://www.phys.uniroma1.it/biblioteca/web_disp/d6/dispense/Frova_Mataloni.pdf

• Quantum Mechanics for Applied Physics and Engineering (A.T. Fromhold Jr)
• Fundamental University Physics (Alonso – Finn)

L’obiettivo formativo del corso è di introdurre gli studenti alla teoria e alla pratica delle simulazioni atomistiche attraverso l’insegnamento dei vari aspetti di carattere multi-disciplinare inerenti. L’insegnamento riguarderà aspetti fondamentali dei modelli classici e approfondimenti dei principali approcci quantistici. Attività di laboratorio ed esercitazioni saranno focalizzati sulle problematiche numeriche

connesse.

Risultati di apprendimento attesi:

Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino)

Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II)

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche

Autonomia di giudizio (descrittore III)

Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.

Abilità comunicative (descrittore IV)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.

Capacità di apprendere (descrittore V)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino)

Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II)

Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche

Autonomia di giudizio (descrittore III)

Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.

Abilità comunicative (descrittore IV)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.

Capacità di apprendere (descrittore V)

Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Richiami di meccanica Lagrangiana e Hamiltoniana

Sistemi di N particelle e M gradi di libertà; coordinate generalizzate e momenti coniugati; spazio delle fasi: microstato e macrostato di un sistema; Lagrangiana di un sistema di N particelle e equazioni Lagrangiane del moto; Hamiltoniana di un sistema di N particelle e equazioni Hamiltoniane del moto.

2) Introduzione alla Meccanica Statistica

Grandezze fisiche macroscopiche; ensamble statistico; ipotesi di Gibbs (ergodica), funzione di distribuzione e densità dei microstati nello spazio delle fasi; considerazioni quantistiche sullo spazio delle fasi e quanto d’azione; misura statistica di una grandezza fisica; teorema di Liouville.

Ensamble microcanonico: funzione di distribuzione e funzione di partizione; definizione statistica dell’entropia e suo calcolo nell’ensamble microcanonico; equilibrio termico, meccanico, chimico e definizione statistica di temperatura, pressione, potenziale chimico; variabili intensive ed estensive statistiche e legame con le variabili termodinamiche; Ensamble canonico: funzione di distribuzione nell’ensamble canonico; densità di probabilità in energia e densità degli stati; funzione di partizione canonica; calcolo dell’entropia per un gas ideale nell’ensamble canonico; distribuzione di Maxwell e equipartizione. Ensamble grand-canonico: funzione di distribuzione; funzione di partizione per i casi classico e quantistico; grand potenziale; gas perfetto e calcolo del potenziale chimico; distribuzione di Bose-Einstein per i bosoni; distribuzione di Fermi-Dirac per i fermioni

3) Metodo Monte-Carlo in meccanica statistica

Integrazione Monte-Carlo; numeri casuali, pseudo-casuali e test di casualità; generatori di sequenze pseudo-casuali: generatore congruenziale lineare; campionamento d’importanza: metodo del rigetto e metodo di inversione; campionamento d’importanza in meccanica statistica; sequenze di Markov; algoritmo di Metropolis; aspetti tecnici dell’algoritmo di Metropolis: potenziali di interazione semplici a 2 corpi (potenziale di Lennard-Jones), condizioni al contorno periodiche, potenziale troncato e shift, unità ridotte, spostamento medio, moti di orientazione di molecole lineari e non lineari rigide; schema di Metropolis nell’ensamble canonico e regola di accettazione; Metropolis nell’ensamble microcanonico; schema di Metropolis nell’ensamble grand canonico e regole di accettazione per sottrazione/aggiunta di una particella.

4) Dinamica Molecolare classica

Introduzione e criteri d’inizializzazione; calcolo delle forze per potenziali di interazione a 2 corpi e condizioni al contorno periodiche; aspetti tecnici e lista dei vicini (lista di Verlet); integrazione delle equazioni del moto: algoritmo di Verlet e sue proprietà (algoritmi Hamiltoniani, conservazione dell’energia a breve e lungo termine, reversibilità); algoritmi alternativi di basso ordine: leap-frog, velocity-verlet, Beeman; algoritmi di ordine superiore: predictor-corrector; instabilità di Lyapunov. Osservabili. osservabili termodinamici: temperatura, terorema del Viriale e pressione, calore specifico a volume costante; conservazione dell’energia e correzione a lungo raggio; correzione per la pressione; osservabili strutturali: funzione di distribuzione radiale ed esempi per strutture solide (cristalline e amorfe), liquidi e gas. Diffusione e coefficiente di diffusione di specie diffondenti: equazioni di Green-Kubo; Dinamica molecolare nell’ensamble canonico: velocity rescaling e il problema delle fluttuazioni; termostato di Andersen; termostato di Nosè-Hoover: metodo della lagrangiana estesa, media temporale e media d’ensamble, equazioni del moto di Nosè-Hoover e loro interpretazione; limiti dell’algoritmo in presenza di più vincoli; termostato di Evans.

5) Potenziali classici

Procedura generale per la generazione della forma analitica di un potenziale di interazione; limiti dei potenziali classici a 2 corpi; il concetto di “potenziale a molti corpi”: densità e coordinazione; il problema della trasferibilità; formula generale dei potenziali a molti corpi: termini a molti corpi e forme funzionali alla Lennard-Jones a alla Morse; potenziali metallici e proprietà di invarianza; potenziali a molti corpi per semiconduttori e strutture organiche: potenziale di Stillinger-Weber; potenziali Force-Field per semiconduttori e strutture organiche; potenziali di Tersoff;: concetto del bond-order; parametri di Tersoff per il carbonio e il silicio.

6) Teoria quantistica dei sistemi a molti corpi

Breve richiamo di alcuni concetti di meccanica quantistica e teoria dei solidi; funzione d’onda ed equazione di Schrödinger per sistemi a molti corpi; approssimazioni frozen-core e Born-Oppenheimer (adiabatica); approssimazione di singolo elettrone e fattorizzazione della funzione d’onda elettronica; principio variazionale: stato fondamentale e principio di Rayleigh-Ritz; termine coulombiano di Hartree; principio di Pauli e determinante di Slater; equazione di Hartree-Fock e energia di “scambio”; il concetto di “correlazione”; dinamica molecolare tight-binding: metodo tight-binding: energia di “band-structure” e termine repulsivo; parametrizzazione e trasferibilità; diagonalizzazione della matrice hamiltoniana: autostati di singolo elettrone; teorema di Hellmann-Feynman e calcolo delle forze;

7) Cenni alla teoria del funzionale densità

La teoria del funzionale densità indipendente dal tempo: primo e secondo teorema di Hohenberg-Kohn; formulazione di Kohn-Sham e sistema associato di elettroni indipendenti; il funzionale di scambio-correlazione, approssimazione LDA e GGA.

Soluzioni dell’equazione di Kohn-Sham: le condizioni al contorno periodiche, sviluppo delle funzioni d’onda in onde piane; il concetto di pseudo-potenziale; auto-consistenza e algoritmi di minimizzazione; calcolo delle forze mediante il teorema di Hellmann-Feynman.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA
Introduzione.

• Brevi richiami di elettromagnetismo: equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia. Modello di Drude Lorentz.
• Crisi della fisica classica: corpo nero, effetto fotoelettrico, spettri di assorbimento, atomo di idrogeno, modello di Bohr, effetto tunnel.

Introduzione alla meccanica quantistica.

• Dualismo onda particella. I postulati della meccanica quantistica. Osservabili fisiche e loro misura. Formalismo Hamiltoniano. Principio di sovrapposizione. Equazione di Schroedinger dipendente e non dipendente dal tempo. principio di indeterminazione di Heisenberg.
• Applicazioni concettuali: particella libera, particella e barriera di potenziale, particella in una scatola.
• Applicazioni: oscillatore armonico, momento angolare, atomo di idrogeno. Operatore di Spin.

Concetti base di meccanica statistica.

• Distribuzioni di Boltzmann, Fermi-Dirac e di Bose-Einstein

Molecole.

• Energie tipiche, approssimazione di Born-Oppenheimer. Approssimazione armonica e di rotatore rigido.
• Potenziale di Morse.
• Molecola di Idrogeno e metodo di approssimazione in sviluppo degli orbitali atomici (LCAO)

Materia condensata: Solidi cristallini.

• reticolo diretto e reticolo inverso. Prima zona di Brillouine.
• Modello one-electron, equazione di Schroedinger in potenziale periodico, autofunzioni di Bloch, modello a

bande, densità degli stati.

• Conduttori, isolanti, semiconduttori.
• Teoria della conduzione in un metallo & un semiconduttore.

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE

• 15 ore: introduzione alla meccanica statistica15 ore: metodi MonteCarlo e Metropolis15 ore: dinamica molecolare15 ore: introduzione alla teoria quantistica di sistemi a moti corpi
• Testi di riferimento: dispense fornite dal docente

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• primo modulo: meccanica quantistica e elemanti di struttura della materia
• Testi di riferimento: - Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain) Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

La prova d'esame consiste in un colloquio orale durante il quale lo/la studente/ssa dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze fondamentali della materia.

In particolare la valutazione si basa su: verifica sull’apprendimento di nozioni teoriche (60%) (“Conoscenze e capacità di comprendere” e “Conoscenza e capacità di comprensione applicate”)

Verifica sulla proprietà di linguaggio e sulla chiarezza di esposizione (20%) (“Abilità comunicative”)

-Verifica sulla capacità di applicazione delle conoscenze acquisite al campo delle nanotecnologie (20%) (“Capacità di apprendere”)

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
I testi consigliati sono:

Materiale didattico e dispense a cura del docente distribuito durante le lezioni.

Per approfondimenti si consiglia:

1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Testo principale: - Quantum Mechanics (B. H. Bransden, C. J. Joachain)

Documenti specifici e dispense delle lezioni verranno regolarmente aggiunti sul sito E-learnig

Modulo: SIMULAZIONI ATOMISTICHE
1) Per il primo e il secondo capitolo: C. Kittel “Elementary Statistical Physics” John Wiley & Sons

2) per il terzo e il quarto capitolo Frenkel-Smit “Understanding Molecular Simulation”; Academic Press; Allen; Tildsley “Computer Simulation of Liquids”; Ed. Oxford Science;

3) per il quinto capitolo: F: Ercolessi “A molecular dynamics primer”

WWW: http://www.fisica.uniud.it/~ercolessi/

4) per il sesto e il settimo capitolo: M.P. Marder “ Condensed Matter Physics” (Cap. 6; 7; 8; 9) John Wiley & Sons. R. M. Martin “Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Cambridge University Press.

Modulo: PRINCIPI DI MECCANICA QUANTISTICA CON ELEMENTI DI STRUTTURA DELLA MATERIA

• Altri testi per parti di programma indicate a lezione:
• Introduction to Modern Physics (G. Fowles) & Dispense di ottica del Dipartimento di Fisica (P. Mataloni, A. Frova)

https://www.phys.uniroma1.it/biblioteca/web_disp/d6/dispense/Frova_Mataloni.pdf

• Quantum Mechanics for Applied Physics and Engineering (A.T. Fromhold Jr)
• Fundamental University Physics (Alonso – Finn)

L'obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti conoscenze su: processi non convenzionali che consentono di operare sulla modifica strutturale delle superfici o sulla generazione di strutture superficiali complesse, sia su scala micro che nano; tecnologie di Additive Manufacturing per la fabbricazione di geometrie complesse. I principali processi produttivi saranno individuati tra quelli di maggiore interesse industriale al fine di consentire agli studenti: (i) di acquisire conoscenze sui meccanismi termici, chimici e meccanici, (ii) di acquisire conoscenze sulle prestazioni dei pezzi prodotti, (iii) di fare considerazioni sugli aspetti economici, prestazionali e tecnologici.

Il modulo intitolato “Nanostructured Materials” fornirà agli studenti i principi e gli strumenti fondamentali che controllano le relazioni tra struttura-fabbricazione-proprietà delle classi di materiali ingegneristici su diverse scale, da quella macro a quella nano. Una volta completato il corso, gli studenti saranno in grado di sviluppare il materiale e il processo produttivo per un particolare componente, tenendo conto dell'influenza che la trasformazione e le successive lavorazioni possono avere sulla struttura e sulle proprietà del materiale stesso.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rinforzo nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Introduzione alla scienza e ingneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

John Wiley & Sons

• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Dispense a cura del docente

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

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• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
N/D

Il modulo intitolato “Nanostructured Materials” fornirà agli studenti i principi e gli strumenti fondamentali che controllano le relazioni tra struttura-fabbricazione-proprietà delle classi di materiali ingegneristici su diverse scale, da quella macro a quella nano. Una volta completato il corso, gli studenti saranno in grado di sviluppare il materiale e il processo produttivo per un particolare componente, tenendo conto dell'influenza che la trasformazione e le successive lavorazioni possono avere sulla struttura e sulle proprietà del materiale stesso.

Le lezioni si propongono di fornire allo studente solide basi di scienza e tecnologia dei materiali, di promuovere la comprensione delle relazioni tra proprietà e microstruttura e la capacità di selezione dei materiali in funzione dei vincoli di progetto e delle condizioni di esercizio, di approfondire la conoscenza delle proprietà e delle tecniche di produzione dei materiali nanostrutturati, di offrire una panoramica sulle problematiche di degrado fisico e chimico delle superfici e di presentare le principali tecniche di modifica superficiale con e senza apporto di materiale.

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rinforzo nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Introduzione alla scienza e ingneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And

Engineering: An Introduction

William D. Callister

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• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Dispense a cura del docente

L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

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• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: SURFACE ENGINEERING
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Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
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Il modulo intitolato “Nanostructured Materials” fornirà agli studenti i principi e gli strumenti fondamentali che controllano le relazioni tra struttura-fabbricazione-proprietà delle classi di materiali ingegneristici su diverse scale, da quella macro a quella nano. Una volta completato il corso, gli studenti saranno in grado di sviluppare il materiale e il processo produttivo per un particolare componente, tenendo conto dell'influenza che la trasformazione e le successive lavorazioni possono avere sulla struttura e sulle proprietà del materiale stesso.

SURFACE ENGINEERING
Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rinforzo nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

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• Introduzione alla scienza e ingneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

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• Materiali nanostrutturati
• Testi di riferimento: Dispense a cura del docente

NANOSTRUCTURED MATERIALS
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Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
1) Richiami di scienza dei materiali (focus sui materiali microstrutturati):

• Classificazione dei materiali
• Teoria delle dislocazioni e meccanismi di rinforzo nei materiali metallici
• Meccanica della frattura
• Materiali ceramici
• Materiali polimerici
• Materiali compositi
• Proprietà dei materiali ad alta temperatura

2)Nanostrutturazione dei materiali:

• Introduzione ai materiali nanocristallini massivi di natura metallica e ceramica
• Classificazione
• Ruolo dei bordi di grano e problematiche connesse al controllo della crescita di grano (meccanismo di Zener, il “solute drag” e il “pore drag”)
• Tecnologie di produzione di materiali massivi nanostrutturati metallici e ceramici (Alligazione meccanica, Spark Plasma Sintering, Severe Plastic Deformation, Nano-sintering, tecniche sol-gel, cristallizzazione da fase amorfa)
• Le proprietà dei materiali nanostrutturati massivi (proprietà chimico-fisiche, proprietà meccaniche e funzionali)
• Nanocompositi a matrice polimerica, metallica e ceramica: preparazione e proprietà
• Applicazioni industriali di nanomateriali

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• Introduzione alla scienza e ingneria dei materiali
• Testi di riferimento: Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente

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• Testi di riferimento: Dispense a cura del docente

SURFACE ENGINEERING
L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

NANOSTRUCTURED MATERIALS
L'esame verterà su una prova orale, relativa sia agli aspetti di base della scienza e tecnologia dei materiali che agli aspetti avanzati relativi ai materiali nanostrutturati.

L'esame si basa generalmente su tre domande, delle quali solitamente le prime due su argomenti relativi alla scienza dei materiali, quali ad esempio:

• Teoria dei legami, organizzazione della materia allo stato solido, difetti;
• Teoria della deformazione plastica, meccanismi di rinforzo, meccanismi di cedimento dei materiali;
• Scienza e tecnologia dei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi;
• Meccanica della frattura;
• Scorrimento a caldo (creep)

Almeno una domanda riguarda argomenti relativi ai materiali nanostrutturati, quali ad esempio:

• Introduzione e classificazione dei materiali nanostrutturati;
• Tecniche di produzione;
• Proprietà dei materiali nanostrutturati.

SURFACE ENGINEERING
Modulo: SURFACE ENGINEERING
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• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

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• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: SURFACE ENGINEERING
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Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
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NANOSTRUCTURED MATERIALS
Modulo: SURFACE ENGINEERING
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Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS

• Richiami di scienza e tecnologia dei materiali:

Materiale didattico proiettato a lezione con il supporto del seguente testo per la parte introduttiva di Scienza e Ingegneria dei Materiali:

Materials Science And Engineering: An Introduction

William D. Callister

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• Nanostrutturazione dei materiali:

Dispense a cura del docente

Modulo: SURFACE ENGINEERING
N/D
Modulo: NANOSTRUCTURED MATERIALS
N/D

L' obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti conoscenze su: processi non convenzionali che consentono di operare sulla modifica strutturale delle superfici o sulla generazione di strutture superficiali complesse, sia su scala micro che nano; tecnologie di Additive Manufacturing per la fabbricazione di geometrie complesse. I principali processi produttivi saranno individuati tra quelli di maggiore interesse industriale al fine di consentire agli studenti: (i) di acquisire conoscenze sui meccanismi termici, chimici e meccanici, (ii) di acquisire conoscenze sulle prestazioni dei pezzi prodotti, (iii) di fare considerazioni sugli aspetti economici, prestazionali e tecnologici.

Processi di produzione non convenzionali; Limitazioni dei processi di produzione convenzionali, necessità di processi di produzione non convenzionali e della sua classificazione e delle sue possibilità future.

Processi basati sull'energia termica: lavorazione laser (LM): introduzione, principio del processo di generazione, proprietà laser, tipi di laser, parametri di processo, taglio laser, saldatura laser, perforazione laser, formazione laser, trattamenti termici superficiali laser, applicazioni industriali laser

Domande sulle tecnologie di lavorazione laser non convenzionali affrontate nel programma

Capello Edoardo, Le lavorazioni industriali mediante laser di poetnza:la tecnologia, le applicazioni, i sistemi.Milano, CLUP, stampa 2003;

L’art. 10, comma 5, lettera d del DM 270/04 riporta che i Corsi di studio dovranno prevedere “.. attività formative, volte ad acquisire ulteriori conoscenze linguistiche, nonché abilità informatiche e telematiche, relazionali, o comunque utili per l'inserimento nel mondo del lavoro, nonché attività formative volte ad agevolare le scelte professionali, mediante la conoscenza diretta del settore lavorativo cui il titolo di studio può dare accesso, tra cui, in particolare, i tirocini formativi e di orientamento di cui al decreto 25 marzo 1998, n. 142, del Ministero del lavoro”.
La procedura di riconoscimento/verbalizzazione del CFU prevede l'invio della documentazione in originale che attesti la effettiva esecuzione delle attività per le quali lo studente richieda il riconoscimento utilizzando l'apposito modulo scaricabile dal sito del CAD https://web.uniroma1.it/nano/nano/didattica/riconoscimento-aaf. Le attività in questione devono prevedere un minimo di circa 25 ore.
In caso di valutazione positiva della domanda, l’ attribuzione del CFU sulla carriera dello studente verrà fatto direttamente dalla segreteria didattica.
Gli studenti saranno comunque informati via mail in caso di eventuale valutazione negativa della domanda.

Seminari - altre attività utili all'inserimento nel mondo del lavoro, proposti e certificati dal CAD.

Gli studenti potranno selezionare i seminari di maggior gradimento, fino alla copertura di 8 seminari da 1,5 h ciascuno (o equivalenti)

Procedura di riconoscimento/verbalizzazione del CFU (https://nano.web.uniroma1.it/it/altre-attivita-formative-aaf)

Al termine delle attività svolte, gli studenti devono inviare un’e-mail all’indirizzo [email protected] allegando la seguente documentazione:

Scansione del modulo di riconoscimento CFU-AAF (vedi allegato), compilato, firmato e datato. Nel modulo deve essere riportata la lista delle attività svolte. Le attività sono scelte e svolte autonomamente dallo studente.

Se i certificati non riportano esplicitamente le date e la durata delle attività, queste devono essere indicate dallo studente. In assenza di documentazione ufficiale, è possibile presentare un’autocertificazione sostitutiva, contenente:

a. il titolo delle attività,

b. la data di inizio e fine,

c. la durata complessiva.

Scansione della documentazione originale che attesti l’effettivo svolgimento delle attività per le quali si richiede il riconoscimento. Le attività devono avere una durata minima di 25 ore per poter essere riconosciute.

La richiesta di riconoscimento dei CFU deve essere inviata entro 15 giorni dalla data dell’appello per il quale lo studente intende prenotarsi su Infostud per la verbalizzazione.

Gli appelli disponibili sono cinque per anno accademico, indicativamente nei seguenti periodi:

Dicembre

Febbraio

Aprile

Giugno

Settembre

Se entro 7 giorni dall’invio della documentazione lo studente non riceve una valutazione negativa, può iscriversi all’appello di verbalizzazione.

Le richieste inviate a ridosso dell'appello o oltre i termini indicati non potranno essere valutate né il CFU potrà essere verbalizzato.

La verbalizzazione dei CFU per AAF non richiede la presenza dello studente all'appello.

Le richieste di riconoscimento devono essere inviate esclusivamente dall’indirizzo istituzionale ([email protected]). Le e-mail inviate da indirizzi di posta elettronica personali non saranno prese in considerazione.

Saranno messe a disposizione le slides da parte del Relatore.

nessuno

GENERALI
Il corso intende fornire la teoria elettromagnetica generale dei materiali artificiali, dei metamateriali e delle strutture plasmoniche, di notevole importanza in molte recenti applicazioni.
SPECIFICI
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il corso intende fornire la teoria elettromagnetica generale dei materiali artificiali, dei metamateriali e delle strutture plasmoniche, di notevole importanza in molte recenti applicazioni. CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti saranno in grado di modellare dal punto di vista elettromagnetico alcuni materiali di particolare interesse nelle applicazioni, e di simularne il relativo comportamento usando tecniche numeriche. AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Essere in grado di formulare una propria valutazione relativa agli argomenti del corso e alla loro rilevanza applicativa. Essere in grado di raccogliere e valutare criticamente informazioni aggiuntive per conseguire una maggiore consapevolezza relativa agli argomenti del corso. ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Saper descrivere gli argomenti del corso. Saper comunicare le conoscenze acquisite sugli argomenti del corso. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO. Strumenti chiave usati estensivamente per la loro intuitività fisica e generalità rappresentativa sono le relazioni costitutive, il concetto di omogeneizzazione e le rappresentazioni circuitali equivalenti.

Applicazioni elettromagnetiche delle nanostrutture. Superfici selettive in frequenza (FSS) e applicazioni. Cristalli fotonici (PBG) o elettromagnetici (EBG) e applicazioni. Simulazione numerica di strutture elettromagnetiche periodiche. Metamateriali e applicazioni. Il materiale a griglia di fili. Rappresentazioni circuitali equivalenti. Plasmoni superficiali e applicazioni. Metodi numerici di analisi per materiali nanostrutturati. Tecniche di caratterizzazione sperimentale. Innovazione e trasferimento tecnologico.

• materiale introduttivo, teoremi ed equazioni fondamentali
• Testi di riferimento: materiale del Docente
• proprietà elettromagnetiche dei materiali
• Testi di riferimento: testo del Docente
• metamateriali monodimensionali
• Testi di riferimento: materiale del Docente
• metamateriali bidimensionali, metasuperfici
• Testi di riferimento: materiale del Docente
• metamateriali tridimensionali, formule delle miscele
• Testi di riferimento: materiale del Docente
• plasmonica
• Testi di riferimento: materiale del Docente

L'esame si svolge mediante una prova orale, collocata dopo il termine dell’insegnamento e della durata massima di un’ora, le cui domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione dei concetti e delle metodologie discussi nel corso, con riferimento agli obiettivi formativi, e in particolare: alla comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni riguardo gli argomenti di base di elettromagnetismo applicato di maggiore rilevanza; alla capacità di apprendere in autonomia esprimendo proprie valutazioni sull’importanza degli argomenti trattati nelle applicazioni elettromagnetiche; all’abilità comunicativa dimostrata. L'esame include la presentazione orale dei contenuti di un articolo scientifico scelto insieme al docente, su argomenti connessi con il programma del Corso.

L. Solymar, E. Shamonina, Waves in Metamaterials, Oxford University Press, 2009.

W. Cai, V. Shalaev, Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications, Springer, 2010.

Trasparenze, testi didattici, articoli disponibili nel sito web del corso.

Materiale propedeutico: F. Frezza, A Primer on Electromagnetic Fields, Springer, 2015.

Metamaterials Handbook, F. Capolino Editor, CRC Press, 2 voll., 2009.

L. Novotny, B. Hecht, Principles of Nano-Optics, seconda edizione, Cambridge University Press, 2012.

L. Solymar, D. Walsh, R.R.A. Syms, Electrical properties of materials, decima edizione, Oxford University Press, 2019.

J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson, J.N. Winn, R.D. Meade, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, seconda edizione, Princeton University Press, 2008.

European Commission Studies and Reports, "Nanostructured metamaterials", Exchange between experts in electromagnetics and material science, Ed.: S. Tretyakov, P. Barois, T. Scharf, V. Kruglyak, I. Bergmair

L’obiettivo formativo del corso è di introdurre gli studenti alla teoria e alla pratica delle simulazioni atomistiche attraverso l’insegnamento dei vari aspetti di carattere multi-disciplinare inerenti a. L’insegnamento riguarderà aspetti fondamentali di meccanica statistica, con una introduzione generale, e dei metodi probabilistici e deterministici di campionamento dello spazio delle fasi correlati alla struttura atomistica dei sistemi e dei dispositivi tipici delle nanoscienze e della nanotecnologia. L’ultima parte del corso affronterà una introduzione ai modelli quantistici così da fornire allo studente una gamma sufficientemente vasta di modelli e di tecniche necessaria per interpretare e prevedere il comportamento di sistemi nano strutturati.

Il corso si rivolge a studenti che siano interessati all’applicazione delle tecniche fotoniche per la fabbricazione di dispositivi da utilizzare nel campo biologico.
Il corso perseguirà tre finalità principali: • Fornire una descrizione teorica dei principali fenomeni fisici di interazione tra molecole organiche e radiazione luminosa, approfondendo la preparazione che gli studenti hanno ricevuto nei corsi di base ed in quelli di specializzazione già seguiti; • Dare una dimostrazione in laboratorio di tali fenomeni mediante esercitazioni appositamente realizzate, in modo da mettere gli studenti a contatto con la strumentazione più utlizzata in un laboratorio di ottica e fotonica; • Descrivere le principali tecniche oppure i dispositivi comunemente utilizzati per lo studio avanzato dei sistemi biologici.
Le tre finalità verranno perseguite contemporaneamente nel corso delle lezioni cercando di mettere in evidenza in ciascun caso gli aspetti fondamentali o applicativi di ogni fenomeno.Competenze acquisite:gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in possesso delle conoscenze sui fenomeni di base che governano il funzionamento delle tecniche di imaging utilizzate nel campo biologico e di quelle fotoniche su cui sono basati i comuni dispositivi bio-opto-fotonici.

Il corso fornisce le conoscenze teoriche di base sul comportamento dinamico lineare dei sistemi discreti e continui e si propone di fornire nozioni sperimentali classiche e avanzate per la caratterizzazione di micro-nano strutture nel dominio del tempo e della frequenza. Gli studenti apprenderanno le principali metodologie per lo studio della risposta dinamica dei sistemi discreti ad uno e più gradi di libertà e per la caratterizzazione modale di micro-nano strutture continue soggette a diverse condizioni di vincolo. Le attività di studio teorico e applicativo di calcolo saranno accompagnate da sessioni in laboratorio per mettere in pratica le conoscenze maturate attraverso un approccio diretto (progettazione) o inverso (identificazione) ed utilizzando tecniche di acquisizione classiche e più avanzate come la vibrometria a scansione laser.

Il corso si propone di fornire allo studente un approfondimento su alcuni argomenti già trattati nel Corso di Chimica per Nanotecnologie. Inoltre si propone di fornire delle conoscenze di base nel campo della Chimica Organica, applicabili in ambiti scientifici, tecnologici e industriali. Risultati di apprendimento attesi: Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino) Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base in Chimica Generale ed in Chimica Organica su composizione, struttura, proprietà e trasformazioni della materia. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici interconnessioni della Chimica con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica. Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II) Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere alcune caratteristiche chimico-fisiche delle sostanze, quali, ad esempio, stato di aggregazione, volatilità, solubilità, sulla base della conoscenza della loro struttura. Autonomia di giudizio (descrittore III) Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica una trasformazione chimica. In alcuni casi, in base alla conoscenza della struttura intra- e intermolecolare dei composti chimici, di prevederne diverse proprietà chimico-fisiche, quali, ad esempio, stato di aggregazione, solubilità e reattività. Abilità comunicative (descrittore IV) Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non. Capacità di apprendere (descrittore V) Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti chimici relativi al campo delle nanotecnologie in modo autonomo.

Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori. Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza. Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi. A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità. Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

Nel corso sono forniti gli elementi teorici per l'approfondimento della cinematica e la dinamica dei corpi rigidi, la meccanica delle vibrazioni di sistemi discreti e continui, l'analisi dei segnali deterministici e random in modo da permettere allo studente la corretta progettazione funzionale di macchine e dispositivi di dimensioni micrometriche.

Nel corso sono forniti gli elementi teorici per l'approfondimento della cinematica e la dinamica dei corpi rigidi, la meccanica delle vibrazioni di sistemi discreti e continui, l'analisi dei segnali deterministici e random in modo da permettere allo studente la corretta progettazione funzionale di macchine e dispositivi di dimensioni micrometriche.

Modulo 1 – Cinematica e Dinamica del corpo rigido (4 ore)

Cinematica e dinamica del corpo rigido. Equazioni della dinamica scritte in coordinate corpo.

Esercitazioni MATLAB: simulazioni numeriche di moti vincolati e liberi.

Modulo 2 – Dinamica di sistemi ad un grado di libertà (8 ore)

Problema libero e forzato con e senza smorzamento.

Smorzamento viscoso e strutturale.

Risposte al gradino, all’impulso e a forzanti armoniche.

Funzione di risposta in frequenza.

Esercitazioni MATLAB: implementazione delle equazioni del moto e confronto con la soluzione teorica.

Modulo 3 – Dinamica di sistemi a più gradi di libertà (10 ore)

Formulazione di d’Alembert e di Lagrange. Matrici di massa, smorzamento e rigidezza.

Modi naturali e frequenze naturali di vibrazione.

Sistemi forzati e analisi modale. Smorzamento viscoso, proporzionale e strutturale.

Matrice delle funzioni di risposta in frequenza.

Risposta SISO, SIMO e MIMO, risposta a eccitazione random e matrice delle densità spettrali di potenza.

Cenni all’identificazione dei parametri modali.

Esercitazioni MATLAB e FEM: calcolo dei modi propri e analisi modale di sistemi discreti.

Modulo 4 – Dinamica dei sistemi continui (10 ore)

Vibrazioni della corda, aste, alberi, travi, membrane e piastre.

Autofunzioni e frequenze naturali di vibrazione.

Analisi modale e funzione di risposta complessa in frequenza.

Risposta ad eccitazione random.

Esercitazioni FEM: analisi modale di travi e piastre.

Modulo 5 – Isolamento e controllo delle vibrazioni (8 ore)

Tecniche di isolamento all’urto, isolamento a bassa e alta frequenza.

Stabilità dei sistemi dinamici.

Analisi dei sistemi in controreazione e regolatori PID.

Esercitazioni MATLAB: simulazione di sistemi isolati e controllo PID.

Modulo 6 – Analisi dei segnali (8 ore)

Serie e trasformata di Fourier, trasformata discreta e FFT.

Convoluzione, campionamento dei segnali, teorema di Nyquist-Shannon e aliasing.

Cenni di statistica e teoria della probabilità per segnali random.

Funzioni random stazionarie ed ergodiche, correlazione e densità spettrale di potenza.

Esercitazioni MATLAB: analisi in frequenza di segnali e teorema di campionamento.

Modulo 7 – Microcontrollori e meccatronica applicata (12 ore)

Introduzione al microcontrollore e tool di sviluppo per la meccatronica.

Architettura (CPU, memoria, PWM).

Sensori base: letture digitali e analogiche (pulsanti con pull-up/pull-down, potenziometro su ADC), HC-SR04.

Sensori avanzati: IMU, librerie, datasheet e calibrazione di base.

Attuatori e PWM: LED dimming, buzzer, servo, motore DC; frequenza, duty cycle, sicurezza elettrica e alimentazioni separate.

Controllo velocità di un motore DC con PWM e lettura di un sensore.

Controllo di un sistema semplice: modellazione leggera del sistema (input-sensore, uscita -attuatore), controllo on/off con isteresi e PID semplificato.

Obiettivi: configurare l’ambiente, compilare, caricare e verificare programmi semplici; interfacciare sensori e attuatori; progettare un controllo elementare in ambito meccatronico.

• Modulo 1 – Cinematica e Dinamica del corpo rigido (4 ore)
• Testi di riferimento: Meirovitch – Elements of Vibration Analysis; Goldstein –

Classical Mechanics; Shames – Engineering Mechanics: Dynamics.

• Modulo 2 – Dinamica di sistemi ad un

grado di libertà (8 ore)

• Testi di riferimento: Rao – Mechanical Vibrations; Meirovitch – Elements of

Vibration Analysis; Inman – Engineering Vibration

• Modulo

3 – Dinamica di sistemi a più gradi di libertà (10 ore

• Testi di riferimento: Meirovitch – Fundamentals of Vibrations; Craig &

Kurdila – Fundamentals of Structural Dynamics.

• Modulo 4 – Dinamica dei sistemi

continui (10 ore)

• Testi di riferimento: Meirovitch – Analytical Methods in

Vibrations; Leissa – Vibration of Plates; Lyon & DeJong – Statistical

Energy Analysis.

• Modulo 5 – Isolamento e controllo delle vibrazioni (8 ore)
• Testi di riferimento: Den

Hartog – Mechanical Vibrations; Inman – Vibration with Control; Ogata – Modern

Control Engineering

• Modulo 6 – Analisi dei segnali (8 ore)
• Testi di riferimento: Oppenheim & Schafer – Discrete-Time

Signal Processing; Bendat & Piersol – Random Data; Papoulis – Probability,

Random Variables, and Stochastic Processes.

• Modulo 7 – Microcontrollori e meccatronica applicata (12

ore)

• Testi di riferimento: Barrett – Arduino Microcontroller; Monk – Programming

Arduino; Baldi & Marinoni – Sistemi Meccatronici; Official datasheets

(Arduino, STM32, HC-SR04, MPU6050, NTC).

Gli studenti dovranno presentare un progetto sviluppato scegliendo degli argomenti del programma del corso e sostenere una prova orale sul programma del corso

Shin, Hammond, Fundamentals of Signal Processing for Sound and Vibration Engineers, Wiley

Cannon, Dynamics of physical systems, Dover

Khinchin, Mathematical foundation of statistical mechanics, Dover

Salsa, Equazioni a derivate parziali, Springer

Giua, Seatzu, Analisi dei sistemi dinamici, Springer

Bolzern, Scattolini, Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, Mc Graw-Hill

Gli obiettivi del corso sono legati alla conoscenza e all'uso dei campi elettromagnetici per la progettazione di applicazioni e tecnologie nell'ordine di grandezza dei nanometri (1-100 nm) e che abbiano utilizzi medici.

Conoscenza degli effetti della riduzione delle dimensioni fisiche (da 3D a 2D, 1D e 0D) sulle proprietà strutturali, elettroniche, magnetiche dei materiali - Apprendimento di nuove metodiche sperimentali per la crescita di nanostrutture (PVD, CVD, MBE, SAM) attraverso studio della crescita di nano-strutture esemplari e per la loro caratterizzazione (microscopie, spettroscopie, diffrazione) - 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.).
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscenza delle tecniche di base e dei loro fondamenti teorici
OF 2) progettare ed essere in grado di realizzare un esperimento
B – Capacità applicative
OF 3) Saper interpretare, analizzare e discutere dati
C - Autonomia di giudizio
OF 4) Essere in grado di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle successivamente a problemi nel proprio ambito di ricerca e di interesse
D – Abilità nella comunicazione
OF 5) sapere presentare i dati e strategie scientifiche a esperti
E - Capacità di apprendere
OF 6) Saper leggere in autonomia testi e articoli scientifici di approfondimento

Il corso fornisce agli studenti gli strumenti fondamentali di elettromagnetismo e di analisi circuitale per la comprensione degli argomenti del corso di "Micro e nano dispositivi e materiali per applicazioni elettromagnetiche e fondamenti"

Conoscere le principali applicazioni dei nanomateriali per l'ingegneria elettrica e la compatibilità elettromagnetica

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
Il corso fornisce agli studenti gli strumenti fondamentali di elettromagnetismo e di analisi circuitale per la comprensione degli argomenti del corso di "Micro e nano dispositivi e materiali per applicazioni elettromagnetiche e fondamenti". Il corso pertanto tratterà principalmente dei richiami di elettrotecnica.

Parte prima (6 ore lezione + 3 ore esercitazioni)

-Richiami sul calcolo vettoriale, sui campi e sui metodi risolutivi delle reti elettriche in corrente continua

-Circuiti elettrici in regime periodico-sinusoidale e metodo dei fasori

-Potenza elettrica

-Adattamento

-Risonanza dei circuiti elettrici

Parte seconda (8 ore lezione + 4 ore esercitazioni)

-Equazioni di Maxwell in regime dinamico, nel dominio del tempo e della frequenza

-Equazioni di propagazione

-Onda piana e grandezze caratteristiche (impedenza d’onda, costante di propagazione etc.)

Parte terza (6 ore lezione + 3 ore esercitazioni)

-Linee di trasmissione a conduttore singolo

-Analisi di linee di trasmissioni e schemi circuitali

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Equazioni dei Telegrafisti e Linee di Trasmissione
• Materiali e Nanomateriali
• Nanomateriali a base di Carbonio e Nanotubi di Carbonio: generalità
• Modellisticaelettromagnetica di Nanotubi di Carbonio
• Grafene: generalità
• Modellistica elettrica ed elettromagnetica
• Compositi e nanocompositi
• Nanofiller a base di Grafene
• Modelli per lapredizione delle proprietà elettriche ed elettromagnetiche dinanocompositi

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Introduzione

all’elettrostatica. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico

generato da una carica puntiforme. Campo generato da distribuzioni di cariche

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione alla Legge di Gauss. Legge di Gauss:

applicazioni ed esempi. Potenziale elettrico scalare. Differenza di potenziale.

Linee di flusso.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione ai campi elettrici nella materia. Polarizzazione

nei dielettrici.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Costante dielettrica e rigidità dielettrica. Equazione di

continuità del campo di corrente. Condizioni alle interfacce tra dielettrici e

tra dielettrici e conduttori.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Capacità per geometrie comuni. Introduzione alla

magnetostatica: Legge di Ampere- Legge di Biot-Savart. Applicazioni.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Applicazioni della legge di Ampere: Linea di trasmissione

coassiale, solenoide. Densità di flusso magnetico. Forze magnetiche. Coppia magnetica

e momento di dipolo magnetico.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Proprietà magnetiche della materia: suscettibilità magnetica

nei materiali, materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici. Curve di

isteresi e domini magnetici. Introduzione all’analisi dei circuiti

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione all’analisi dei circuiti. Bipoli fondamentali:

resistore, generatori ideali di corrente e fem. Bipoli attivi e passivi.

Resistenza equivalente di resistori in serie e in parallelo.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Trasformazioni stella-triangolo. Generatori reali di

corrente e di fem. Elementi di topologia dei circuiti: lati, nodi e maglie.

Partitore di tensione

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Partitore di corrente. Leggi di Kirchhoff. Metodi di analisi

dei circuiti.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Metodo di analisi nodale. Metodo delle maglie. Teoremi dei

circuiti: Thevenin, sovrapposizione e massimo trasferimento di potenza. Introduzione

ai circuiti in corrente alternata.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Bipoli fondamentali nel regime periodico sinusoidale. Bipoli

con memoria: induttore e condensatore; espressione delle equazioni costitutive

nel dominio del tempo. Richiami sui numeri complessi: rappresentazione cartesiana

e polare. Operazioni fondamentali: somma, prodotto, rapporto, derivazione,

integrazione.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Circuiti LRC risonanti in serie. Circuiti LRC antirisonanti

in parallelo. Potenze in regime sinusoidale: potenza istantanea, attiva,

reattiva, apparente, complessa

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Linee di Trasmissione
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Nanoscience and Nanotechnology
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Nanointerconnessioni: limiti attuali e sfide
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Materiali a base di grafene per le nanointerconnesioni: SWCNT, MWCNT, GNR e modellistica elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Compositi, nanocompositi e nanofiller a base di grafene
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Schermatura Elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Materiali Innovativi e Nanocompositi per la Schermatura Elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente

Colloquio orale

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007

-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
dispense a cura del docente

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• D'Amore Marcello, “Elettrotecnica”, volumi I e II, Ed. scientifiche Siderea, 1994
• Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007
• Allan R. Hambley, “Electrical Engineering – Principles and Applications”, Pearson Prentice Hall
• David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
N/D

L’obiettivo formativo del corso è di introdurre gli studenti alla teoria e alla pratica delle simulazioni atomistiche attraverso l’insegnamento dei vari aspetti di carattere multi-disciplinare inerenti. L’insegnamento riguarderà aspetti fondamentali dei modelli classici e approfondimenti dei principali approcci quantistici. Attività di laboratorio ed esercitazioni saranno focalizzati sulle problematiche numeriche connesse.
Risultati di apprendimento attesi:
Conoscenze e capacità di comprendere (I descrittore di Dublino) Lo studente, al termine del Corso, sarà in possesso delle conoscenze di base riguardanti i principali metodi e modelli per studiare dal punto di vista modellistico e teorico le nano-strutture sulla base della loro composizione atomistica. Sarà quindi in grado di comprendere l'ambiente che lo circonda dal punto di vista della sua struttura, microscopica e macroscopica. Sarà inoltre consapevole delle molteplici relazioni con le altre materie e della necessità di un continuo aggiornamento sullo stato dell'arte, dovuto ai continui progressi della conoscenza e della tecnica.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate (descrittore II) Alla fine del percorso di studio lo studente avrà sviluppato la capacità di comprendere la natura delle proprietà atomistiche delle nano-strutture e la loro relazione con quelle macroscopiche
Autonomia di giudizio (descrittore III) Al termine del Corso lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica i limiti di applicazione delle varie tecniche e le possibili informazioni dasumibili dal loro uso.
Abilità comunicative (descrittore IV) Al termine del Corso lo studente dovrà aver maturato una buona proprietà di linguaggio, specialmente per quanto attiene la terminologia scientifica specifica dell’insegnamento, in modo tale da saper comunicare in modo chiaro le proprie conoscenze e le proprie conclusioni a interlocutori esperti della materia e non.
Capacità di apprendere (descrittore V) Al termine del Corso lo studente dovrà aver sviluppato una capacità di apprendimento tale da consentirgli di studiare ed approfondire gli aspetti atomistici delle nanostrutture. Inoltre le conoscenze e le abilità acquisite costituiranno una base solida su cui eventualmente approfondire ulteriormente la materia.

Apprendimento dei principi fisici di funzionamento delle tecniche sperimentali trattate nel corso (AFM, SEM, TEM, XRD...) e delle procedure pratiche per mettere in atto un esperimento.

Il Corso fornisce I principi base della reologia e reometria, sia in regime rotazionale che oscillatorio, con enfasi sui fluidi “intelligenti”, in particolare quelli elettroreologici.
Risultati di apprendimento attesi: Al termine del corso lo studente sarà in grado di: - Comprendere e applicare i modelli matematici elementari che descrivono il comportamento di flusso di un fluido ideale e di un fluido viscoelastico; - Saper distinguere i fluidi in base al comportamento reologico; - Progettare ed eseguire misure reometriche su materiali con svariati comportamenti reologici; - Comprendere le potenzialità e le possibili applicazioni dei fluidi intelligenti in ambito industriale; - Analizzare e interpretare misure sperimentali a partire dai dati grezzi; - Sviluppare ed applicare modelli predittivi mediante software (Matlab);

Portare lo studente alla comprensione del comportamento dell’interazione radiazione materia nell’intervallo di frequenze Fornire la comprensione dei meccanismi con cui sia possibile realizzare sorgenti laser , anche miniaturizzate , oltre che dispositivi in grado di convertire e manipolare la luce.Capacità di individuare, sulle base delle leggi fondamentali dell’interazione radiaone materia , il modello più adatto per la progettazione di sorgenti ottiche miniaturizzate .

Interazione luce-materia su scala nanometrica. Processi di assorbimento/emissione, emissione stimolata. Confinamento della luce, emettitori quantistici, molecole fluorescenti, punti quantici. Fenomeni risonanti. Plasmoni, plasmoni superficiali, microresonatori, equazioni di tasso, guadagno. Cristalli fotonici, microcavità, laser blu, laser casuali, OLED. Tecniche di realizzazione. Ottica non lineare, oscillatori parametrici, oscillatori parametrici integrati. Sensori.

• Amnon Yariv and Pochi Yeh “…Photonics: Optical Electronics in Modern Communications “
• L.Novotny , B. Hecht “ Principles of Nano-Optics”
• O.Svelto “ Laser principles”
• M.Bertolotti “Maser and Lasers”
• C.Sibilia, , T.M Benson, M. Marciniak, , T. Szoplik, .”Photonic Crystals: Physics and Technology”Fine modulo
• S.Mayer “Fundamental of Plasmonics

Il corso fornisce agli studenti gli strumenti fondamentali di elettromagnetismo e di analisi circuitale per la comprensione degli argomenti del corso di "Micro e nano dispositivi e materiali per applicazioni elettromagnetiche e fondamenti"

Conoscere le principali applicazioni dei nanomateriali per l'ingegneria elettrica e la compatibilità elettromagnetica

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
Il corso fornisce agli studenti gli strumenti fondamentali di elettromagnetismo e di analisi circuitale per la comprensione degli argomenti del corso di "Micro e nano dispositivi e materiali per applicazioni elettromagnetiche e fondamenti". Il corso pertanto tratterà principalmente dei richiami di elettrotecnica.

Parte prima (6 ore lezione + 3 ore esercitazioni)

-Richiami sul calcolo vettoriale, sui campi e sui metodi risolutivi delle reti elettriche in corrente continua

-Circuiti elettrici in regime periodico-sinusoidale e metodo dei fasori

-Potenza elettrica

-Adattamento

-Risonanza dei circuiti elettrici

Parte seconda (8 ore lezione + 4 ore esercitazioni)

-Equazioni di Maxwell in regime dinamico, nel dominio del tempo e della frequenza

-Equazioni di propagazione

-Onda piana e grandezze caratteristiche (impedenza d’onda, costante di propagazione etc.)

Parte terza (6 ore lezione + 3 ore esercitazioni)

-Linee di trasmissione a conduttore singolo

-Analisi di linee di trasmissioni e schemi circuitali

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Equazioni dei Telegrafisti e Linee di Trasmissione
• Materiali e Nanomateriali
• Nanomateriali a base di Carbonio e Nanotubi di Carbonio: generalità
• Modellisticaelettromagnetica di Nanotubi di Carbonio
• Grafene: generalità
• Modellistica elettrica ed elettromagnetica
• Compositi e nanocompositi
• Nanofiller a base di Grafene
• Modelli per lapredizione delle proprietà elettriche ed elettromagnetiche dinanocompositi

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Introduzione

all’elettrostatica. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico

generato da una carica puntiforme. Campo generato da distribuzioni di cariche

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione alla Legge di Gauss. Legge di Gauss:

applicazioni ed esempi. Potenziale elettrico scalare. Differenza di potenziale.

Linee di flusso.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione ai campi elettrici nella materia. Polarizzazione

nei dielettrici.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Costante dielettrica e rigidità dielettrica. Equazione di

continuità del campo di corrente. Condizioni alle interfacce tra dielettrici e

tra dielettrici e conduttori.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Capacità per geometrie comuni. Introduzione alla

magnetostatica: Legge di Ampere- Legge di Biot-Savart. Applicazioni.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Applicazioni della legge di Ampere: Linea di trasmissione

coassiale, solenoide. Densità di flusso magnetico. Forze magnetiche. Coppia magnetica

e momento di dipolo magnetico.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Proprietà magnetiche della materia: suscettibilità magnetica

nei materiali, materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici. Curve di

isteresi e domini magnetici. Introduzione all’analisi dei circuiti

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione all’analisi dei circuiti. Bipoli fondamentali:

resistore, generatori ideali di corrente e fem. Bipoli attivi e passivi.

Resistenza equivalente di resistori in serie e in parallelo.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Trasformazioni stella-triangolo. Generatori reali di

corrente e di fem. Elementi di topologia dei circuiti: lati, nodi e maglie.

Partitore di tensione

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Partitore di corrente. Leggi di Kirchhoff. Metodi di analisi

dei circuiti.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Metodo di analisi nodale. Metodo delle maglie. Teoremi dei

circuiti: Thevenin, sovrapposizione e massimo trasferimento di potenza. Introduzione

ai circuiti in corrente alternata.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Bipoli fondamentali nel regime periodico sinusoidale. Bipoli

con memoria: induttore e condensatore; espressione delle equazioni costitutive

nel dominio del tempo. Richiami sui numeri complessi: rappresentazione cartesiana

e polare. Operazioni fondamentali: somma, prodotto, rapporto, derivazione,

integrazione.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Circuiti LRC risonanti in serie. Circuiti LRC antirisonanti

in parallelo. Potenze in regime sinusoidale: potenza istantanea, attiva,

reattiva, apparente, complessa

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Linee di Trasmissione
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Nanoscience and Nanotechnology
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Nanointerconnessioni: limiti attuali e sfide
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Materiali a base di grafene per le nanointerconnesioni: SWCNT, MWCNT, GNR e modellistica elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Compositi, nanocompositi e nanofiller a base di grafene
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Schermatura Elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Materiali Innovativi e Nanocompositi per la Schermatura Elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente

Colloquio orale

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007

-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
dispense a cura del docente

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• D'Amore Marcello, “Elettrotecnica”, volumi I e II, Ed. scientifiche Siderea, 1994
• Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007
• Allan R. Hambley, “Electrical Engineering – Principles and Applications”, Pearson Prentice Hall
• David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
N/D

Il corso fornisce agli studenti gli strumenti fondamentali di elettromagnetismo e di analisi circuitale per la comprensione degli argomenti del corso di "Micro e nano dispositivi e materiali per applicazioni elettromagnetiche e fondamenti"

FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
Il corso fornisce agli studenti gli strumenti fondamentali di elettromagnetismo e di analisi circuitale per la comprensione degli argomenti del corso di "Micro e nano dispositivi e materiali per applicazioni elettromagnetiche e fondamenti". Il corso pertanto tratterà principalmente dei richiami di elettrotecnica.

Parte prima (6 ore lezione + 3 ore esercitazioni)

-Richiami sul calcolo vettoriale, sui campi e sui metodi risolutivi delle reti elettriche in corrente continua

-Circuiti elettrici in regime periodico-sinusoidale e metodo dei fasori

-Potenza elettrica

-Adattamento

-Risonanza dei circuiti elettrici

Parte seconda (8 ore lezione + 4 ore esercitazioni)

-Equazioni di Maxwell in regime dinamico, nel dominio del tempo e della frequenza

-Equazioni di propagazione

-Onda piana e grandezze caratteristiche (impedenza d’onda, costante di propagazione etc.)

Parte terza (6 ore lezione + 3 ore esercitazioni)

-Linee di trasmissione a conduttore singolo

-Analisi di linee di trasmissioni e schemi circuitali

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Equazioni dei Telegrafisti e Linee di Trasmissione
• Materiali e Nanomateriali
• Nanomateriali a base di Carbonio e Nanotubi di Carbonio: generalità
• Modellisticaelettromagnetica di Nanotubi di Carbonio
• Grafene: generalità
• Modellistica elettrica ed elettromagnetica
• Compositi e nanocompositi
• Nanofiller a base di Grafene
• Modelli per lapredizione delle proprietà elettriche ed elettromagnetiche dinanocompositi

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Introduzione

all’elettrostatica. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico

generato da una carica puntiforme. Campo generato da distribuzioni di cariche

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione alla Legge di Gauss. Legge di Gauss:

applicazioni ed esempi. Potenziale elettrico scalare. Differenza di potenziale.

Linee di flusso.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione ai campi elettrici nella materia. Polarizzazione

nei dielettrici.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Costante dielettrica e rigidità dielettrica. Equazione di

continuità del campo di corrente. Condizioni alle interfacce tra dielettrici e

tra dielettrici e conduttori.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Capacità per geometrie comuni. Introduzione alla

magnetostatica: Legge di Ampere- Legge di Biot-Savart. Applicazioni.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Applicazioni della legge di Ampere: Linea di trasmissione

coassiale, solenoide. Densità di flusso magnetico. Forze magnetiche. Coppia magnetica

e momento di dipolo magnetico.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Proprietà magnetiche della materia: suscettibilità magnetica

nei materiali, materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici. Curve di

isteresi e domini magnetici. Introduzione all’analisi dei circuiti

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione all’analisi dei circuiti. Bipoli fondamentali:

resistore, generatori ideali di corrente e fem. Bipoli attivi e passivi.

Resistenza equivalente di resistori in serie e in parallelo.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Trasformazioni stella-triangolo. Generatori reali di

corrente e di fem. Elementi di topologia dei circuiti: lati, nodi e maglie.

Partitore di tensione

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Partitore di corrente. Leggi di Kirchhoff. Metodi di analisi

dei circuiti.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Metodo di analisi nodale. Metodo delle maglie. Teoremi dei

circuiti: Thevenin, sovrapposizione e massimo trasferimento di potenza. Introduzione

ai circuiti in corrente alternata.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Bipoli fondamentali nel regime periodico sinusoidale. Bipoli

con memoria: induttore e condensatore; espressione delle equazioni costitutive

nel dominio del tempo. Richiami sui numeri complessi: rappresentazione cartesiana

e polare. Operazioni fondamentali: somma, prodotto, rapporto, derivazione,

integrazione.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Circuiti LRC risonanti in serie. Circuiti LRC antirisonanti

in parallelo. Potenze in regime sinusoidale: potenza istantanea, attiva,

reattiva, apparente, complessa

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

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• Linee di Trasmissione
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Nanoscience and Nanotechnology
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Nanointerconnessioni: limiti attuali e sfide
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Materiali a base di grafene per le nanointerconnesioni: SWCNT, MWCNT, GNR e modellistica elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Compositi, nanocompositi e nanofiller a base di grafene
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Schermatura Elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Materiali Innovativi e Nanocompositi per la Schermatura Elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente

MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
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Il corso fornisce agli studenti gli strumenti fondamentali di elettromagnetismo e di analisi circuitale per la comprensione degli argomenti del corso di "Micro e nano dispositivi e materiali per applicazioni elettromagnetiche e fondamenti". Il corso pertanto tratterà principalmente dei richiami di elettrotecnica.

Parte prima (6 ore lezione + 3 ore esercitazioni)

-Richiami sul calcolo vettoriale, sui campi e sui metodi risolutivi delle reti elettriche in corrente continua

-Circuiti elettrici in regime periodico-sinusoidale e metodo dei fasori

-Potenza elettrica

-Adattamento

-Risonanza dei circuiti elettrici

Parte seconda (8 ore lezione + 4 ore esercitazioni)

-Equazioni di Maxwell in regime dinamico, nel dominio del tempo e della frequenza

-Equazioni di propagazione

-Onda piana e grandezze caratteristiche (impedenza d’onda, costante di propagazione etc.)

Parte terza (6 ore lezione + 3 ore esercitazioni)

-Linee di trasmissione a conduttore singolo

-Analisi di linee di trasmissioni e schemi circuitali

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Equazioni dei Telegrafisti e Linee di Trasmissione
• Materiali e Nanomateriali
• Nanomateriali a base di Carbonio e Nanotubi di Carbonio: generalità
• Modellisticaelettromagnetica di Nanotubi di Carbonio
• Grafene: generalità
• Modellistica elettrica ed elettromagnetica
• Compositi e nanocompositi
• Nanofiller a base di Grafene
• Modelli per lapredizione delle proprietà elettriche ed elettromagnetiche dinanocompositi

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• Introduzione

all’elettrostatica. Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico

generato da una carica puntiforme. Campo generato da distribuzioni di cariche

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione alla Legge di Gauss. Legge di Gauss:

applicazioni ed esempi. Potenziale elettrico scalare. Differenza di potenziale.

Linee di flusso.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione ai campi elettrici nella materia. Polarizzazione

nei dielettrici.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Costante dielettrica e rigidità dielettrica. Equazione di

continuità del campo di corrente. Condizioni alle interfacce tra dielettrici e

tra dielettrici e conduttori.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Capacità per geometrie comuni. Introduzione alla

magnetostatica: Legge di Ampere- Legge di Biot-Savart. Applicazioni.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Applicazioni della legge di Ampere: Linea di trasmissione

coassiale, solenoide. Densità di flusso magnetico. Forze magnetiche. Coppia magnetica

e momento di dipolo magnetico.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Proprietà magnetiche della materia: suscettibilità magnetica

nei materiali, materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici. Curve di

isteresi e domini magnetici. Introduzione all’analisi dei circuiti

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Introduzione all’analisi dei circuiti. Bipoli fondamentali:

resistore, generatori ideali di corrente e fem. Bipoli attivi e passivi.

Resistenza equivalente di resistori in serie e in parallelo.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Trasformazioni stella-triangolo. Generatori reali di

corrente e di fem. Elementi di topologia dei circuiti: lati, nodi e maglie.

Partitore di tensione

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Partitore di corrente. Leggi di Kirchhoff. Metodi di analisi

dei circuiti.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Metodo di analisi nodale. Metodo delle maglie. Teoremi dei

circuiti: Thevenin, sovrapposizione e massimo trasferimento di potenza. Introduzione

ai circuiti in corrente alternata.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Bipoli fondamentali nel regime periodico sinusoidale. Bipoli

con memoria: induttore e condensatore; espressione delle equazioni costitutive

nel dominio del tempo. Richiami sui numeri complessi: rappresentazione cartesiana

e polare. Operazioni fondamentali: somma, prodotto, rapporto, derivazione,

integrazione.

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.
• Circuiti LRC risonanti in serie. Circuiti LRC antirisonanti

in parallelo. Potenze in regime sinusoidale: potenza istantanea, attiva,

reattiva, apparente, complessa

• Testi di riferimento: - Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Linee di Trasmissione
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Nanoscience and Nanotechnology
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Nanointerconnessioni: limiti attuali e sfide
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Materiali a base di grafene per le nanointerconnesioni: SWCNT, MWCNT, GNR e modellistica elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Compositi, nanocompositi e nanofiller a base di grafene
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Schermatura Elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente
• Materiali Innovativi e Nanocompositi per la Schermatura Elettromagnetica
• Testi di riferimento: note fornite dal docente

FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
Colloquio orale

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Colloquio orale

FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007

-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
dispense a cura del docente

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• D'Amore Marcello, “Elettrotecnica”, volumi I e II, Ed. scientifiche Siderea, 1994
• Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007
• Allan R. Hambley, “Electrical Engineering – Principles and Applications”, Pearson Prentice Hall
• David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

Modulo: MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS
N/D

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• Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007

-David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

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dispense a cura del docente

Modulo: FUNDAMENTALS OF MICRO-NANO DEVICES AND MATERIALS FOR ELECTRICAL ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS

• D'Amore Marcello, “Elettrotecnica”, volumi I e II, Ed. scientifiche Siderea, 1994
• Matthew N. O. Sadiku, “Elements of electromagnetics”, Oxford University Press, Incorporated, 2007
• Allan R. Hambley, “Electrical Engineering – Principles and Applications”, Pearson Prentice Hall
• David J. Griffiths, “Introduction to Electrodynamics 4th Ed”., Cambridge University Press, 2017.

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N/D

Il corso fornisce allo studente gli strumenti per la progettazione di micro/nanodispositivi elettrici ed elettromagnetici.
Competenze acquisite:

• comprendere la terminologia della fisica • saper impostare un problema di fisica generale, introducendo le opportune approssimazioni • saper valutare quale delle leggi fondamentali della fisica applicare per la comprensione e soluzione dei vari problemi • saper valutare le quantità fisiche • saper riconoscere i limiti di validità delle modellazioni teoriche utilizzate • saper lavorare in gruppo • saper operare in laboratorio • conoscenze di elettromagnetismo classico ed elettromagnetismo nella materia; • conoscenze di struttura della materia e meccanica quantistica

Richiami di Elettromagnetismo:

Fenomeni propagativi: Linee di trasmissione, schermatura elettromagnetica

Modellazione elettrica ed elettromagnetica:

Nanotubi di carbonio e grafene;

Nanocomponenti per circuiti elettrici;

proprietà elettriche di nanocompositi: permettività dielettrica complessa;

Nanomateriali per la sensoristica;

Nanointerconnessioni;

Nanomateriali per la schermatura elettromagnetica: nanocompositi polimerici a base grafene.

Metalli trasparenti;

Film sottili schermanti;

Nanomateriali e dispositivi per energy harvesting.

Applicazioni:

Nanomateriali a base di grafene; materiali per la schermatura elettromagnetica; produzione di vernici e coating conduttivi mediante spruzzatura; produzione e caratterizzazione di materiali piezoelettrici a matrice polimerica.

Laboratorio:

Laboratorio di simulazione e calcolo finalizzato allo sviluppo di codici Matlab per l'implementazione dei modelli di simulazione di nanomateriali e nanointerconnessioni studiati

Laboratorio di nanotecnologie (presso CNIS) per la caratterizzazione e produsione di nanomateriali a base grafene.

• Introduzione al corso. Introduzione alle nanotecnologie. Miniaturizzazione circuiti elettrici: interconnessioni e requisiti per integrità di segnale ed integrità di potenza (1a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso
• Nanointerconnessioni: ITRS e requisiti di progetto. Definizione di half pitch. I limiti del rame. Il quantum wire come soluzione al problema della miniaturizzazione delle nanointerconnessioni. Richiami di elettromagnetismo: il modello delle linee di trasmissione (2a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso
• Laboratorio di calcolo. Implementazione del modello delle linee di trasmissione. Equazioni di propagazione di carica p.u.l. e corrente per il quantum wire (3a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso
• Nanotubi di carbonio: proprietà, caratteristiche e metodi di produzione. Modello dei telegrafisti per l'analisi della propagazione di carica p.u.l. e corrente lungo nanotubi di carbonio a singola parete. Definizione di numero di canali conduttivi. Significato dei parametri quantici. Laboratorio di calcolo: implementazione modello delle linee di trasmissione per il nanotubi di carbonio a parete singola (4a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso
• Fasci di nanotubi di carbonio: modello equivalente a conduttore singolo. Nanotubi a parete multipla: modello equivalente a conduttore singolo. Circuiti equivalenti. Il grafene: proprietà e tecniche di produzione (5a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso
• Nanoribbon di grafene per nanointerconnessioni. Conducibilità del grafene: modello di Kubo. Nanocompositi a base grafene: tecniche di produzione. La percolazione nei compositi a matrice polimerica (6a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso
• Richiami di elettromagnetismo: schermatura elettromagnetica. Criteri di progetto di schermi elettromagnetici nanostrutturati. Implementazione modello in Matlab (7a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso
• Nanomaterials for EM shielding: transparent metals, multilayered ferromagnetic-metallic thin films. Vernici conduttive caricate con nanostrutture di grafene e inchiostri conduttivi (8a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso
• Energy harvesting: introduzione; materiali piezoelettrici; nanomateriali polimerici piezoelettrici. Uso responsabile delle nanotecnologie: aspetti di sicurezza e citotossicità di nanomateriali (9a settimana)
• Testi di riferimento: Dispense disponibili sul canale Moodle e sul canale Classroom.del corso

La prova orale è finalizzata a verificare l'apprendimento da parte dello studente degli argomenti trattati nel corso.

Appunti del docente

Materiale di approfondimento fornito dal docente

Il materiale del corso è disponibile su Moodle Sapienza e sul canale Classroom (Codice Classroom: la2l4ud, Link di invito: https://classroom.google.com/c/MTc2MDcwNjg3ODQ3?cjc=la2l4ud)

Portare lo studente alla chiara comprensione del comportamento dei fluidi in dispositivi su scala micro e nanometrica. Fornire la comprensione dei meccanismi con cui i fluidi interagiscono con l'ambiente che li confina. Fornire la conoscenza critica delle diverse descrizioni dei fluidi e del loro moto per applicazioni micro e nano tecnologiche. Sviluppare compentenze di base per la progettazione e la gestione di sistemi micro e nano fluidici.

1. Elementi di fisica dei fluidi: Equazioni di Hamilton e richiami di meccanica statistica. Densità di massa, quantità di moto ed energia macroscopiche. Equazioni di bilancio per le grandezza macroscopiche. Elementi di struttura dei liquidi.

2. Il fluido come un continuo: Il sistema completo delle equazione della fluidodinamica. Sorgenti di irreversibilità nel moto dei fluidi. Relazioni costitutive e reologia.

3. Parametri che governano il flusso in in condizioni micro-confinate: Analisi dimensionale, numeri di Reynolds, Mach, Knudsen. Applicazione ai dispositivi a flusso.

4. Flussi di liquidi: Soluzioni elementari per flussi in micro-canali. Scorrimento a parete e lunghezza di scorrimento.

5. Le equazioni di Stokes: Flusso intorno ad una sfera e resistenza. Il metodo della funzione di Green.

6. Modelli numerici ai volumi finiti e metodo di proiezione. Il flusso in un micro-pompa.

7. Elementi di micropropulsione e micronuotatori.

8. Tensione superficiale: Bagnabilità. Flussi temocapillari. Microbolle e risposta acustica. Dispositivi di movimentazione per electro-wetting. Superfici super-idrofobe, stati di Cassie e di Wenzel.

9. Moto Browniano: Introduzione al moto Browniano e trasporto di particelle di meso-scala. Equazione di Langevin ed equazione di Fokker-Planck.

10. Modelli per film sottili e membrane: Bilantità di moto e energia per le membrane. Modelli di membrane biologiche.

11. Reologia di fluidi complessi: Viscoelasticità e reologia delle soluzione di macromolecole polimeriche.

12. Teoria della riposta lineare. Valutazione dei coefficienti di diffusione e viscosità a partire da simulazioni di dinamica molecolare.

13.Tecniche di fabbricazione di microdispositivi.

• 1. Elementi di fisica dei fluidi: Equazioni di Hamilton e richiami di meccanica statistica. Densità di massa, quantità di moto ed energia macroscopiche. Equazioni di bilancio per le grandezza macroscopiche. Elementi di struttura dei liquidi.2. Il fluido come un continuo: Il sistema completo delle equazione della fluidodinamica. Sorgenti di irreversibilità nel moto dei fluidi. Relazioni costitutive e reologia.3. Parametri che governano il flusso in in condizioni micro-confinate: Analisi dimensionale, numeri di Reynolds, Mach, Knudsen. Applicazione ai dispositivi a flusso.4. Flussi di liquidi: Soluzioni elementari per flussi in micro-canali. Scorrimento a parete e lunghezza di scorrimento.5. Le equazioni di Stokes: Flusso intorno ad una sfera e resistenza. Il metodo della funzione di Green. 6. Modelli numerici ai volumi finiti e metodo di proiezione. Il flusso in un micro-pompa. 7. Elementi di micropropulsione e micronuotatori.8. Tensione superficiale: Bagnabilità. Flussi temocapillari. Microbolle e risposta acustica. Dispositivi di movimentazione per electro-wetting. Superfici super-idrofobe, stati di Cassie e di Wenzel.9. Moto Browniano: Introduzione al moto Browniano e trasporto di particelle di meso-scala. Equazione di Langevin ed equazione di Fokker-Planck.10. Modelli per film sottili e membrane: Bilantità di moto e energia per le membrane. Modelli di membrane biologiche.11. Reologia di fluidi complessi: Viscoelasticità e reologia delle soluzione di macromolecole polimeriche.12. Teoria della riposta lineare. Valutazione dei coefficienti di diffusione e viscosità a partire da simulazioni di dinamica molecolare.13.Tecniche di fabbricazione di microdispositivi.
• Testi di riferimento: 1. Micro/Nanofluidics, DIspense a cura del docente.2. Microflow and Nanoflow, G. Karniadakis, A. Beskok, N. Aluru, Springer.3. Introduction to Microfluidics, P. Tabeling, S. Chen, Cambridge University.

La valutazione dell’allievo avviene tramite un esame con una parte scritta di 3 ore seguita da una prova orale, tipicamente sostenuta il giorno seguente quello della prova scritta.

La prova scritta consiste nel rispondere ad una serie di domande aperte (tipicamente quattro) relative alle diverse parti del programma svolto a lezione. Ciascuna risposta è valutata con un voto da 1 a 10 ed il voto relativo alla prova scritta è ottenuto come media dei voti delle risposte riportata in trentesimi. Fa seguito una prova orale dedicata alla discussione della prova scritta e all’approfondimento di ulteriori temi, in particolare connessi alle lezioni di laboratorio ed ad aspetti approfonditi in autonomia dall’allievo.

La struttura dell’esame viene ampiamente illustrata e discussa con gli allievi sia nella lezione di presentazione del corso che alla fine del semestre.

La prova di esame mira a valutare quanto l’allievo abbia acquisito le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla:

a) comprensione dei concetti e delle tecniche di analisi illustrati durante le lezioni;

b) capacità di apprendere in autonomia;

c) capacità di analizzare in modo critico un problema di micro-nanofluidica.

d) capacità di sintesi e abilità comunicativa.

1. Micro/Nanofluidics, Dispense a cura del Docente.

2. Microflow and Nanoflow, G. Karniadakis, A. Beskok, N. Aluru, Springer.

3. Introduction to Microfluidics, P. Tabeling, S. Chen, Cambridge University.

Il corso intende fornire allo studente gli strumenti per la comprensione, le tecnologie realizzative e le prestazioni di sistemi e microsistemi composti da componenti optoelettronici e fotonici. SPECIFICI • Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza approfondita dei principali sistemi realizzati con componenti optoelettronici e fotonici, con particolare riferimento ai principi fisici di funzionamento dei singoli componenti e delle tecnologie realizzative. • Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di analisi e confronto di sistemi fotonici allo stato dell'arte. Acquisizione di competenze per la progettazione di microsistemi fotonici, e per la loro applicazione nella sensoristica e nella elaborazione delle immagini. • Autonomia di giudizio: Capacità di scelta, confronto e progettazione di sistemi fotonici allo stato dell'arte. • Abilità comunicative: Capacità di descrizione, analisi e confronto di sistemi fotonici allo stato dell'arte. • Capacità di apprendimento: Capacità di apprendere atte all’inserimento in contesti lavorativi di progettazione, acquisizione e confronto di sistemi fotonici

Concetti di fotometria e colorimetria. Concetti di polarizzazione della luce. Cristalli liquidi: struttura e proprietà. Display e microdisplay a cristalli liquidi. Sistemi Micro-Opto-Elettromeccanici: Digital Micromirror Devices e Digital Light Processing. Celle fotovoltaiche: produzione di energia elettrica da energia solare con celle solari e sistemi fotovoltaici. Diodi organici a emissione di luce (OLED). Microsistemi fotonici per analisi bio-molecolare. Micro e nano sistemi basati su sensori ottici. Microsistemi fotonici integrati su silicio. Interconnessioni ottiche, tecniche di packaging e assemblaggio nei microsistemi.

Visita ai laboratori ENEA Casaccia per la realizzazione di sistemi fotovoltaici.

• Concetti

di fotometria e colorimetria.

• Concetti

di polarizzazione della luce.

• Cristalli

liquidi: struttura e proprietà.

• Display

e microdisplay a cristalli liquidi.

• Sistemi

Micro-Opto-Elettromeccanici: Digital Micromirror Devices e Digital Light

Processing.

• Celle

fotovoltaiche: produzione di energia elettrica da energia solare con celle

solari e sistemi fotovoltaici.

• Diodi

organici a emissione di luce (OLED).

• Microsistemi

fotonici per analisi bio-molecolare. Micro e nano sistemi basati su sensori

ottici. Microsistemi fotonici integrati su silicio. Interconnessioni ottiche,

tecniche di packaging e assemblaggio nei microsistemi.

• O. Solgaard, “Photonic Microsystems: Micro and Nanotechnology Applied to Optical Devices and Systems”, Springer 2009.
• M.E. Motamedi, “MOEMS: micro-opto-electro-mechanical systems”, SPIE The International Society for Optical Engineering, 2005.
• I.C. Khoo, “Liquid Crystals”, 2nd Edition, Wiley, 2007.
• D.K. Yang and S.T. Wu, “Fundamentals of Liquid Crystal Devices”, Wiley, 2006.
• I.C. Khoo, “Liquid Crystals”, Wiley, 2007.
• J.H. Lee, D.N. Liu, S.T. Wu, “Introduction to Flat Panel Displays”, Wiley, 2008.
• P. Yeh and C. Gu, “Optics of liquid crystal displays”, 2nd Edition, Wiley, 2009.
• L. Pavesi, G. Guillot, “Optical Interconnects. The Silicon Approach.”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.
• Diapositive e materiale del corso forniti dal docente (disponibili sul sito web)
• O. Solgaard, “Photonic Microsystems: Micro and Nanotechnology Applied to Optical Devices and Systems”, Springer 2009.
• M.E. Motamedi, “MOEMS: micro-opto-electro-mechanical systems”, SPIE The International Society for Optical Engineering, 2005.
• I.C. Khoo, “Liquid Crystals”, 2nd Edition, Wiley, 2007.
• D.K. Yang and S.T. Wu, “Fundamentals of Liquid Crystal Devices”, Wiley, 2006.
• I.C. Khoo, “Liquid Crystals”, Wiley, 2007.
• J.H. Lee, D.N. Liu, S.T. Wu, “Introduction to Flat Panel Displays”, Wiley, 2008.
• P. Yeh and C. Gu, “Optics of liquid crystal displays”, 2nd Edition, Wiley, 2009.
• L. Pavesi, G. Guillot, “Optical Interconnects. The Silicon Approach.”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.
• Diapositive e materiale del corso forniti dal docente (disponibili sul sito web)

E’ obiettivo del corso impartire la conoscenza delle tecnologie per produrre particolato nanomentrico biocompatibile mediante l’utilizzo di processi altamente sostenibili massimamente “Green” e l’impiego prevalente di matrici biologiche di derivazione naturale. Lo studente apprenderà: 1. Le principali classi di sostanze biologiche, 2. Le metodologie per ottenere tali sostanze dalle biomasse naturali, 3. le metodologie per produrre nanoparticolato funzionale da ciascuna di dette classi di sostanze, 5. I processi e le apparecchiature principali che implementano tali processi produttivi. Lo studente inoltre apprenderà le principali problematiche di utilizzo biomedicale e cosmetico delle nanotecnologie.
Lo studente che esibirà una regolare frequenza del corso potrà partecipare a lavori di gruppo intesi allo scopo di sviluppare e rafforzare soft skills quali: la capacità di lavoro di gruppo, la capacità di dialogo con colleghi di formazione differente, la capacità di elaborare un rapporto e la capacità di presentare il proprio lavoro.

Sostanze e microrganismi biologici come biocatalizzatori e materie prime per la formazione di nanoparticelle (fondamenti, frazioni biologiche di rilevanza nanotecnologica, produzione di frazioni biologiche di rilevanza nanotecnologica). Nucleazione e cristallizzazione delle proteine (fondamenti, caratterizzazione, screening e identificazione dei processi, produzione). Formazione e impiego di nanoparticelle mediante tecniche biotecnologiche (microrganismi, terreni di coltura, estratti, solventi commutabili). Applicazioni di nanoparticelle nei campi bio-correlati (alimentare, farmaceutico, cosmetico, agronomico).

La prova d'esame scritta comprende 10 domande a risposta multipla, più una domanda a risposta aperta (da fornire da parte dello studente).

La prova orale è facoltativa. Qualora essa non venga svolta, essa verrà conteggiata come superata con il voto di 18/30.

Il voto finale verrà assegnato come media della votazione ottenuta nelle due prove.

Lo svolgimento della presentazione del lavoro di gruppo (per coloro che ad essa vengono ammessi, seguendo il criterio della frequenza) sostituisce la prova orale.

TUTTE le informazioni relative all'attività didattica del prof. Marco Bravi (orario delle lezioni ed eventuali eccezioni; modalità di conduzione delle lezioni e strumenti utilizzati; orario di ricevimento; esami; tesi disponibili), aggiornate in tempo reale, possono essere trovate consultando la URL: https://sites.google.com/site/marcobravi/

I testi (per lo più articoli scientifici, in genere review) consigliati per lo studio verranno condivisi agli studenti frequentanti nel corso del periodo delle lezioni attraverso la cartella Google Drive collegata all'area Google Classroom del corso stesso.

I testo

Il modulo fornisce allo studente un adeguato supporto formativo per quanto riguarda simulazioni numeriche agli elementi finiti con modelli di letteratura di dispositivi elettronici sia per esigenze R&D che di processi di produzione di interesse delle nanotecnologie elettroniche. Durante il corso vengono anche fornite adeguate informazioni di base sulle principali tecniche di caratterizzazione elettrica su componenti nanometrici integrati su wafer. In particolare il corso ha l’obiettivo di fornire al laureato magistrale in ingegneria delle nanotecnologie industriali le necessarie conoscenze per consentirgli la scelta delle tecniche e delle metodologie di nanocaratterizzazione elettronica ottimali all’interno dei processi e procedure che sarà chiamato a definire/progettare nell’ambito del suo profilo professionale.

GENERALI L’obiettivo del modulo è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche, relativamente alla generazione, rivelazione ed elaborazione di segnali ottici per diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica. Lo studente acquisirà attraverso il modulo, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei principali componenti optoelettronici.
SPECIFICI • Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione mediante segnali ottici. • Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative a diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica. • Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti di un sistema optoelettronico • Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina. • Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

Procedura di riconoscimento/verbalizzazione del CFU (https://nano.web.uniroma1.it/it/altre-attivita-formative-aaf)

Al termine delle attività svolte, gli studenti devono inviare un’e-mail all’indirizzo [email protected] allegando la seguente documentazione:

Scansione del modulo di riconoscimento CFU-AAF (vedi allegato), compilato, firmato e datato. Nel modulo deve essere riportata la lista delle attività svolte. Le attività sono scelte e svolte autonomamente dallo studente.

Se i certificati non riportano esplicitamente le date e la durata delle attività, queste devono essere indicate dallo studente. In assenza di documentazione ufficiale, è possibile presentare un’autocertificazione sostitutiva, contenente:

a. il titolo delle attività,

b. la data di inizio e fine,

c. la durata complessiva.

Scansione della documentazione originale che attesti l’effettivo svolgimento delle attività per le quali si richiede il riconoscimento. Le attività devono avere una durata minima di 25 ore per poter essere riconosciute.

La richiesta di riconoscimento dei CFU deve essere inviata entro 15 giorni dalla data dell’appello per il quale lo studente intende prenotarsi su Infostud per la verbalizzazione.

Gli appelli disponibili sono cinque per anno accademico, indicativamente nei seguenti periodi:

Dicembre

Febbraio

Aprile

Giugno

Settembre

Se entro 7 giorni dall’invio della documentazione lo studente non riceve una valutazione negativa, può iscriversi all’appello di verbalizzazione.

Le richieste inviate a ridosso dell'appello o oltre i termini indicati non potranno essere valutate né il CFU potrà essere verbalizzato.

La verbalizzazione dei CFU per AAF non richiede la presenza dello studente all'appello.

Le richieste di riconoscimento devono essere inviate esclusivamente dall’indirizzo istituzionale ([email protected]). Le e-mail inviate da indirizzi di posta elettronica personali non saranno prese in considerazione.

1. Comprendere le proprietà e i comportamenti distintivi dei materiali nano-strutturati. 2. Esplorare i principi fondamentali della metallurgia fisica che sono pertinenti ai nano-materiali. 3. Acquisire la capacità di sintetizzare tecniche e metodi di lavorazione applicabili ai materiali nano-strutturati. 4. Sviluppare competenze nella caratterizzazione di materiali nano-strutturati utilizzando tecniche avanzate. 5. Indagare le applicazioni e il potenziale impatto dei materiali nano-strutturati in diversi contesti industriali.

Il corso si propone di fornire le basi teoriche e le tecniche computazionali utili alla progettazione di processi di mescolamento e reazione e di processi separazione di soluti e colloidi condotti in dispositivi microfluidici e nanofluidici. Gli strumenti teorici comprendono la teoria dei flussi di Stokes, l’approccio dei sistemi dinamici al trasporto di materia in campi di moto laminari con particolare riguardo alla teoria del caos deterministico, la teoria di macrotrasporto in mezzi periodici per la determinazione dei coefficienti efficaci di trasporto di materia in soluzioni e sospensioni diluite. Questi strumenti concettuali vengono utilizzati per la progettazione ottima di dispositivi per l’identificazione di specifici target analitici e la produzione su piccola scala di prodotti ad alto valore aggiunto tramite soluzione delle equazioni di trasporto con codici di ricerca e software commerciali. Specifica attenzione è rivolta verso applicazioni biomediche e farmaceutiche.

Le lezioni e le attività di laboratorio del modulo si propongono di fornire allo studente conoscenze avanzate nell’ambito dell’ingegneria delle superfici ed in particolare nell’ambito delle tecniche di produzione e caratterizzazione di rivestimenti nanocompositi. Gli obiettivi del corso saranno dunque: 1) Approfondimento sulle principali tecniche di deposizione di rivestimenti nanocompositi, 2) Introduzione alla strumentazione di laboratorio da utilizzare nei processi di elettrodeposizione e di deposizione chimica 3) Comprensione della relazione tra parametri di processo, microstruttura/morfologia e proprietà dei rivestimenti 4) Formazione sull’utilizzo del laboratorio chimico.

Comprensione dei modelli fisici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base e sviluppo di opportune metodologie di analisi. Comprensione delle tecnologie di fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore integrati, della loro evoluzione, dei loro limiti attuali e dei possibili scenari futuri.

Gli obiettivi principali del corso sono: 1) descrivere i metodi e gli strumenti comunemente impiegati per la caratterizzazione delle proprietà elettriche ed elettromagnetiche di materiali micro/nanostrutturati utili in diversi campi di applicazione, che vanno dalla compatibilità elettromagnetica alla sensoristica; 2) fornire allo studente nozioni di base di sensoristica e un’esperienza pratica volta alla fabbricazione e caratterizzazione di sensori fisici ottenuti mediante l’uso di nuovi micro/nano materiali. Il corso si propone quindi di fornire all'allievo le nozioni necessarie: a) per la comprensione dei principi teorici che stanno alla base dei metodi di misura adottati, del funzionamento della strumentazione, dei campi di impiego, delle procedure di acquisizione ed elaborazione dati; b) per la caratterizzazione elettrica/elettromagnetica di nuovi materiali; c) per lo sviluppo di nuovi sensori per il monitoraggio strutturale e/o l’elettronica flessibile. Alla conclusione del corso lo studente saprà: caratterizzare le proprietà elettriche/elettromagnetiche di diverse tipologie di materiali; comprendere le relazioni che intercorrono tra le proprietà dei materiali utilizzati per la realizzazione dei sensori e la loro risposta elettromeccanica; pianificare e svolgere attività di laboratorio inerenti alla fabbricazione e caratterizzazione di sensori; valutare i punti di forza e limiti di un sensore; comprendere i principi operativi e le caratteristiche degli strumenti di misura. Gli obiettivi saranno perseguiti attraverso esperienze e attività di laboratorio.

Il corso si pone l’obiettivo di descrivere approcci innovativi nella modellazione fenomenologica di sistemi complessi quali crescita biologica, bioadsorbimento ed elettrodeposizione di nanoparticelle. Allo scopo si descrivono teoricamente casi di studio inerenti le attività di ricerca come spunto per l’elaborazione di modelli avanzati strutturati (per la crescita cellulare e le bioproduzioni) e modelli meccanicistici (di equilibrio e dinamici) per il bioadsorbimento e l’elettrodeposizione di particelle. Il corso fornisce le nozioni di base per utilizzare strumenti analitici (quali spettrofotometri, cromatografi, potenziostati) utili per la caratterizzazione di sistemi inerenti la bioproduzione, il bioadsorbimento e l’elettrodeposizione di nanoparticelle. Il corso fornisce allo studente le competenze teoriche che consentono l’applicazione della progettazione sperimentale e l’analisi statistica dei dati. Il corso costituisce un percorso formativo su più livelli in cui tematiche delle biotecnologie industriali ed ambientali (coltivazioni microalgali e bioadsorbimento di metalli pesanti) e delle nanotecnologie (elettrodeposizione di nanoparticelle metalliche) sono in una prima fase esposte in termini teorici mettendo in evidenza le relazioni tra i fattori operativi che possono essere variati in un processo o in un esperimento di laboratorio e le variabili caratteristiche del sistema (crescita microalgale e produttività di specifiche biocomponenti per le microalghe; ripartizione all’equilibrio dei metalli per il bioadsorbimento; fenomeni operanti nell’elettrocristallizazione di metalli). Le tematiche non sono affrontate solo in termini descrittivi ma anche introducendo modellazioni matematiche di complessità crescente (modelli di crescita bilanciata e modelli strutturati per microalghe; modelli empirici e meccanicistici per la descrizione della ripartizione all’equilibrio nel bioadsorbimento; medelli semiempirici e fenomenologici per la descrizione dei transienti di corrente in elettrodeposizione) ed effettuando esercitazioni al computer per la regressione non lineare dei parametri di modelli di differente complessità (rappresentazione delle proprietà adsorbenti mediante modelli empirici, rappresentazione delle proprietà acido base di un bioadsorbente mediante modelli meccanicistici continui; transienti di crescita). Nella descrizione della modellazione particolare enfasi è data alla caratterizzazione sperimentale dei sistemi come vincolo e guida nella scelta dei parametri dei modelli più complessi. In questo contesto vengono spiegati i fondamenti di alcune tecniche analitiche (potenziometria, spettrofotometria di assorbimento atomico, spettroscopia molecolare, cromatografia gassosa e cromatografia liquida ad alta prestazione, citofluorimetria) necessarie per la determinazione delle variabili rappresentative dello stato dei sistemi proposti (gruppi funzionali con proprietà acido base su una biomassa, ripartizione all’equilibrio di un metallo in una sospensione di bioadsorbente, determinazione della crescita microalgale e del contenuto di specifiche componenti quali lipidi, carboidrati e carotenoidi nel corso di una bioproduzione; interazione fra microrganismi microalgali e batteri). Tecniche di inferenza statistica dei dati sono introdotte nella fase conclusiva delle lezioni (test d’ipotesi, intervalli di confidenza, analisi della varianza, regressione lineare e analisi di regressione per la calibrazione). Descrittore di Dublino 1: gli studenti al termine del corso hanno acquisito conoscenze relativamente a - fattori influenzanti le crescite biologiche microalgali e le specifiche produzioni di alcuni biocomponenti (lipidi, amido, carotenoidi) e fattori influenzanti il bioadsorbimento di metalli - modelli per la rappresentazione della crescita microalgale e produzione di biocomponenti e modelli per la rappresentazione della ripartizione all’equilibrio di specie cariche su biomasse - nozioni fondamentali su tecniche di potenziometria, spettrofotometria atomica, spettroscopia UVVis e IR, cromatografia liquida ad alta prestazione - nozioni fondamentali di tecniche di design sperimentale (sperimentazione fattoriale) e analisi statistica dei dati (test d’ipotesi, intervalli di confidenza, analisi della varianza e analisi di regressione)

GENERALI Il corso intende fornire allo studente gli strumenti per la comprensione, l’analisi dei principi di funzionamento, le tecnologie realizzative e le prestazioni di sistemi microelettromeccanici (MEMS). SPECIFICI Lo studente acquisisce nozioni relative alle strategie di miniaturizzazione di sistemi microelettromeccanici, all’impatto su relative geometrie e principi fisici di funzionamento, alle soluzioni tecnologiche per permetterne la realizzazione. Forniti esempi, per diverse categorie, dai primi prototipi a sistemi allo stato dell’arte, dalle proposte in letteratura scientifica alle soluzioni messe sul mercato. Vengono esaminati i materiali costitutivi, i principi di funzionamento, le strategie di realizzazione e packaging di diversi sistemi utilizzati attualmente nella vita quotidiana. • Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza approfondita dei principali sistemi realizzati con componenti microelettromeccanici, passati e moderni, con particolare riferimento ai principi fisici di funzionamento dei singoli componenti e delle tecnologie realizzative. • Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di analisi di sistemi microelettromeccanici allo stato dell'arte. Acquisizione di competenze per la progettazione di sistemi microelettromeccanici, e per la loro implementazione nelle diverse aree applicative dell’era moderna. • Autonomia di giudizio: Capacità di sintesi, scelta, confronto e progettazione di sistemi microelettromeccanici allo stato dell'arte. • Abilità comunicative: Capacità di descrizione, analisi e confronto di sistemi microelettromeccanici allo stato dell'arte. • Capacità di apprendimento: Capacità di apprendere atte all’inserimento in contesti lavorativi di progettazione, prototipazione e analisi delle prestazioni di sistemi microelettromeccanici.

INTRODUZIONE: definizione di Sistema microelettromeccanico (MEMS), panoramica delle applicazioni principali, inquadrate sul mercato e in letteratura scientifica.

MINIATURIZZAZIONE: definizione, meccanismi, conseguenze sulla fisica di un dispositivo (forze elettrostatiche ed elettromagnetiche, conduzione del calore, forze elettriche, meccanica dei fluidi, reazioni chimiche). Esempi di miniaturizzazione di dispositivi microelettronici. Esempi di miniaturizzazione di dispositivi elettromeccanici..

TECNOLOGIE: panoramica sulle tecnologie di fabbricazione di sistemi CMOS. Confronto con le tecnologie MEMS. Approfondimento sulle tecnologie di deposizione a film sottile/spesso (PVD, CVD), definizione delle geometrie (litografia), sagomatura dei materiali (wet/dry etching). Panoramica sulle tecnologie per il vuoto: definizioni, classificazioni ed esempi.

MATERIALI: panoramica sui materiali costitutivi per sistemi (proprietà meccaniche, termiche, elettriche, magnetiche, ottiche e chimiche) e implementazione (mercato, letteratura scientifica).

INTERCONNESSIONI - PACKAGING: interconnessioni tra MEMS e circuiti integrati, interfacciamento con l’ambiente circostante e packaging di un MEMS.

DISPOSITIVI MEMS: principio di funzionamento, struttura e processo di fabbricazione di dispositivi MEMS attualmente sul mercato (digital micromirror, microbolometro, testine inkjet per stampanti, sensori inerziali).

ESPERIENZE IN LABORATORIO: dimostrazione di processi di fabbricazione. Deposizione a film sottile (PVD, CVD), litografia, sagomatura di materiali a film sottile (wet/dry etching).

• Introduzione ai MEMS: cenni storici; evoluzione e miniaturizzazione; esempi e applicazioni moderne; sfide, caratteristiche e applicazioni attuali.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente su storia ed evoluzione dei MEMS nel tempo, sfide e applicazioni attuali.
• Il concetto di miniaturizzazione nei sistemi MEMS: fenomeni fisici, materiali, tecnologie.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente sulla miniaturizzazione dei sistemi MEMS.
• Tecnologie nei sistemi MEMS: strategie di fabbricazione, tecniche di lavorazione dei materiali e substrati, impianti e strumenti per la realizzazione di dispositivi.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente sulle tecnologie MEMS.
• Materiali nei MEMS: caratteristiche tecniche, vantaggi, sfide, strategie di implementazione.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente su materiali e substrati MEMS.
• Packaging di sistemi MEMS: strategie, materiali e tecnologie, esempi pratici.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente sul packaging dei MEMS.
• Dispositivi MEMS: analisi dei dispositivi MEMS più diffusi attualmente sul mercato, principi di funzionamento, tecnologie di realizzazione, materiali e packaging.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente sui dispositivi MEMS moderni discussi a lezione, funzionamento, tecnologie e applicazioni.

• M Gad-el-Hak, “The MEMS Handbook”, ASME 2002.
• K.E. Petersen, “Silicon as a Mechanical Material”, IEEE 1982.
• T. Hsu, “MEMS and Microsystems: Design, Manufacture, and Nanoscale Engineering”, Wiley, 2008.
• Y. C. Lee, “MEMS Packaging”, World Scientific Publishing, 2018.
• R. J. Shul and S. J. Pearton, “Handbook of advanced plasma processing techniques”, Springer, 2000.
• T. K. Gupta, “Handbook of Thick- and Thin-Film Hybrid Microelectronics”, Wiley, 2003.
• P. Walker and W. E. Tarn, “Handbook of Metal etchants”, CRC, 1991.
• S. Chakraborty, “Mechanics over Micro and Nano Scales”, Springer, 2011.
• Diapositive e materiale del corso forniti dal docente.
• M Gad-el-Hak, “The MEMS Handbook”, ASME 2002.
• K.E. Petersen, “Silicon as a Mechanical Material”, IEEE 1982.
• T. Hsu, “MEMS and Microsystems: Design, Manufacture, and Nanoscale Engineering”, Wiley, 2008.
• Y. C. Lee, “MEMS Packaging”, World Scientific Publishing, 2018.
• R. J. Shul and S. J. Pearton, “Handbook of advanced plasma processing techniques”, Springer, 2000.
• T. K. Gupta, “Handbook of Thick- and Thin-Film Hybrid Microelectronics”, Wiley, 2003.
• P. Walker and W. E. Tarn, “Handbook of Metal etchants”, CRC, 1991.
• S. Chakraborty, “Mechanics over Micro and Nano Scales”, Springer, 2011.
• Diapositive e materiale del corso forniti dal docente.

Il corso si propone di illustrare ed approfondire le tecniche di caratterizzazione delle proprietà meccaniche e chimico -fisiche dei materiali. In particolare, verranno approfondite le metodologie specificatamente legate al mondo dei materiali nanostrutturati e dei sistemi rivestiti. Le esercitazioni in laboratorio saranno svolte conducendo direttamente gli esperimenti di caratterizzazione su campioni reali, infine verranno illustrate ed applicate le metodologie di trattamento ed analisi dei dati per la preparazione dei report delle esperienze sperimentali.

Fornire allo studente una esauriente comprensione dei punti fondamentali lungo cui si snoda il percorso di integrazione di un microcircuito elettronico (con particolare riferimento alla tecnologia CMOS) nel compromesso tra prestazioni (velocità, area, potenza), costi e affidabilità.

-Limiti e prospettive delle tecnologie ULSI. -Passi di fabbricazione di BJT e MOSFET.

-Il silicio monocristallino: caratteristiche chimico-fisiche del silicio, tecnica di crescita di monocristalli bulk con il metodo Czochralski, difetti.

-Tecniche di crescita epitassiali. Epitassia da fase vapore (VPE, MOVPE). Epitassia da fasci molecolari (MBE).

-Ossidazione termica del silicio: struttura e proprietà dell’ossido di silicio; modello cinetico; apparati per ossidazione termica.

-Tecniche di drogaggio di materiali semiconduttori: meccanismi di diffusione di impurezze droganti, diffusione termica; impiantazione ionica.

-Deposizione di film sottili per CVD e PVD.

-Tecniche litografiche: preparazione delle maschere; litografia ottica, a raggi X ed a fascio elettronico; resist.

-Attacchi umidi e secchi: anisotropia e selettività dell’attacco; plasma etching, sputter etching e reactive ion etching.

-Conduttori: metalli per le interconnessioni; elettromigrazione, livelli di metallizzazioni e via-holes.

-Il laboratorio tecnologico, cenni di tecnologie del vuoto.

L'esame si svolge mediante la presentazione di una tesina assegnata ad ogni studente alla fine del ciclo di lezioni.

Il lavoro è presentato sia tramite elaborato scritto che con discussione orale con slides.

In una prima parte del lavoro, lo studente presenta la descrizione di un processo di fabbricazione di un particolare dispositivo/sistema elettronico, con particolare attenzione alla struttura fisica del dispositivo, ai materiali utilizzati ed alla sequenza dei passi tecnologici per la fabbricazione.

Nella seconda parte deve essere descritta in dettaglio una delle tecnologie micro/nano elettroniche utilizzate nel processo descritto nella prima parte, con un’analisi teorica dei modelli utilizzati per la dinamica del processo, una presentazione delle apparecchiature utilizzate e dei parametri di controllo del processo, e delle tecniche di caratterizzazione dei materiali ottenuti dalla tecnica esaminata.

La presentazione ha durata di circa un'ora, con possibili domande volte a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.

Fondamenti di tecnologie e materiali per l’elettronica, Vittorio Passaro, Aracne editrice

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli)

Il corso propone l'analisi delle unita' base costituenti un circuito microfluidico, vale a dire unita' di mescolamento, di scambio termico e di separazione. Sono forniti gli elementi di base della teoria dei fenomeni di trasporto con particolare enfasi sull'interazione tra trasporto di quantita' di moto e campi elettromagnetici in soluzioni elettrolitiche (pompaggio elettroosmotico e flussi magneto-idrodinamici). Il punto di partenza e' costituito dalla derivazione di soluzioni analitiche ai problemi di trasporto in geometrie semplici. L'analisi di geometrie e/o condizioni operative complesse e' sviluppata avvalendosi dell'ausilio di software commerciale.