Corsi di Laurea Corsi di Laurea Magistrale Corsi di Laurea Magistrale
a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
PHYSICS
Insegnamento
INTRODUCTION TO NANOPHYSICS
SCP7081718, A.A. 2018/19

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2018/19

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
PHYSICS
SC2382, ordinamento 2017/18, A.A. 2018/19
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Curriculum PHYSICS OF MATTER [002PD]
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese INTRODUCTION TO NANOPHYSICS
Sito della struttura didattica http://physics.scienze.unipd.it/2018/laurea_magistrale
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Sito E-Learning https://elearning.unipd.it/dfa/course/view.php?idnumber=2018-SC2382-002PD-2018-SCP7081718-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE, ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile GIOVANNI MATTEI FIS/01
Altri docenti STEFANO AGNOLI CHIM/03
MORENO MENEGHETTI CHIM/02

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
SCO2045511 FONDAMENTI DI NANOSCIENZA GIOVANNI MATTEI SC1174

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
ATTIVITÀ DIDATTICHE A PICCOLI GRUPPI 2.0 20 30.0
LEZIONE 4.0 32 68.0

Calendario
Inizio attività didattiche 25/02/2019
Fine attività didattiche 14/06/2019
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2017

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
2 INTRODUCTION TO NANOPHYSICS 01/10/2018 30/11/2019 MATTEI GIOVANNI (Presidente)
CESCA TIZIANA (Membro Effettivo)
MAURIZIO CHIARA (Supplente)
1 INTRODUCTION TO NANOPHYSICS 01/10/2017 30/11/2018 MATTEI GIOVANNI (Presidente)
CESCA TIZIANA (Membro Effettivo)
MAURIZIO CHIARA (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: Fisica Quantistica (particella nella scatola, confinamento quantico), Fisica dello Stato Solido (struttura fononica ed elettronica dei solidi, proprietà termiche e proprietà ottiche)
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il corso si prefigge i seguenti obiettivi formativi:
- Fornire le basi per la comprensione delle proprietà chimiche e fisiche dei materiali nanodimensionali che sono alla base delle loro potenziali applicazioni nel campo delle nanotecnologie.
- Presentare alcune tecniche di sintesi e caratterizzazione di nanostrutture confinate (nanocluster) con applicazioni nanotecnologiche in fotonica, in plasmonica e nel magnetismo.
Modalita' di esame: L'esame consiste in una prova scritta (durata 2 ore) che prevede due domande aperte e una serie di quiz a risposta multipla.

*** MUTUAZIONE ***
L'esame consiste in una prova scritta (durata 2 ore) che una domanda aperta e un esercizio di applicazione numerica dei concetti appresi.
Criteri di valutazione: La valutazione della preparazione si baserà sulla comprensione degli argomenti svolti e sulla capacità di fare collegamenti fra diversi argomenti.

Si valuteranno anche le relazioni scritte presentate sulla parte di esercitazione pratica.
Contenuti: Modulo A (4 CFU)
- Classificazione, caratteristiche e proprietà generali dei materiali nanostrutturati: confinamento quantico e proprietà elettroniche. Equazioni di taglia.
Proprietà termodinamiche di nanostrutture: effetto di taglia termodinamico, nucleazione (equazione di Gibbs-Thomson) e crescita di nanostrutture (regimi di aggregazione limitata dalla diffusione e Ostwald ripening)
Nanostrutture in matrice solida: l’impianto ionico per la sintesi e la modifica di nanostrutture metalliche. Verifica dei regimi di nucleazione e crescita.
Proprietà ottiche di nanostrutture: (i) proprietà plasmoniche di nanostrutture metalliche (Teoria di Mie e sue estensioni); (ii) confinamento quantico e fotoluminescenza in semiconductor quantum dots.
Proprietà magnetiche di nanostrutture: super-paramagnetismo
Tecniche di caratterizzazione di nanostrutture: la microscopia elettronica in trasmissione (TEM) e in scansione (SEM).

Modulo B (4 CFU)
- Panoramica sui metodi di preparazione delle nanostrutture (sia top-down che bottom-up, con particolare enfasi sulle seconde). Aspetti strutturali ed energetici delle nanostrutture e metodi per la loro stabilizzazione. Difetti nei materiali nanodimensionali. Solidi a porosità controllata. Forme delle nanoparticelle: aspetti termodinamici e cinetici. Nanoparticelle core-shell. Autoassemblaggio ed auto organizzazione. Metodo colloidale. Effetto templante. Preparazione di nanoparticelle, nanowires, nanotubes, films ultrasottili. Self-assembled Monolayers. Films di Langmuir e Langmuir-Blodget. Interfacce coerenti, semi-coerenti, epitassiali e pseudomorfe. Metodi per crescita di films ultrasottili: CVD, MBE, PVD, ALE e PLD .

- Richiamo delle equazioni fondamentali per la descrizione della dinamica di elettroni e fotoni. Proprietà della materia che consentono il confinamento di elettroni e fotoni. Densità degli stati per sistemi confinati in una, due o tre dimensioni.
Proprietà di nanostrutture di carbonio a bassa dimensionalità: grafene e nanotubi. Descrizione tight binding delle loro proprietà di conduzione, ottiche (assorbimento ed emissione) e di scattering Raman (Kataura plots).
Modelli per il confinamento elettronico in quantum dots nel regime di debole e forte confinamento.
Confinamento di elettroni in nano particelle metalliche e proprietà plasmoniche. Condizione di Froehlich e proprietà ottiche a campo prossimo e lontano. Effetto SERS con nano strutture plasmoniche.
Cenni al confinamento di fotoni in cristalli fotonici.

*** MUTUAZIONE ***
Fondamenti di NanoFisica – Laurea Magistrale in Fisica (6 CFU)

Il Modulo A del presente corso viene mutuato da parte del corso di 'Fondamenti di NanoFisica' della LM in Fisica. Per tale corso sono previsti 2 CFU addizionali con i seguenti contenuti:

- Richiamo delle equazioni fondamentali per la descrizione della dinamica di elettroni e fotoni;
- Confinamento di elettroni e fotoni in sistemi nanostrutturati:
(i) Confinamento di fotoni in cristalli fotonici;
(ii) Confinamento di elettroni in nanoparticelle metalliche;
(iii) Confinamento di elettroni in quantum dots.

Sono inoltre previste delle attività pratiche: (i) sintesi di nanoparticelle sferiche di Au in soluzione; (ii) misura del loro spettro di trasmittanza UV-VIS; (iii) simulazione degli spettri misurati tramite la teoria di Mie; (iv) caratterizzazione tramite microscopia elettronica.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Il corso prevede lezioni frontali tenute dal Prof. G. Mattei (Modulo A) e dai Prof. S. Agnoli e Prof. M. Meneghetti (Modulo B).

Il Modulo A prevede esercitazioni di laboratorio come applicazione dei contenuti visti a lezione (sintesi, caratterizzazione ottica e simulazione con la teoria di Mie di nanoparticelle metalliche in soluzione e loro caratterizzazione con microscopia elettronica).
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Verranno fornite dispense da parte dei Docenti. Gli argomenti e i contenuti trattati potranno essere approfonditi e/o integrati sui testi indicati nella sezione 'Testi di Riferimento'.
Testi di riferimento:
  • R. Kelsall, I. Hamley, M. Geoghegan, Nanoscale Science and Technology. --: J.Wiley& Sons, 2005. (Modulo B) Cerca nel catalogo
  • G. Cao, Nanostructures and Nanomaterials. --: Imperial College Press, 2004. (Modulo B) Cerca nel catalogo
  • S. Maier, Plasmonics, fundamentals and applications. --: Springer, 2007. (Modulo A) Cerca nel catalogo
  • C. Bohren, D. Huffmann, Absorption and scattering of light by small particles. --: Wiley-Interscience, 2004. (Modulo A) Cerca nel catalogo
  • P. Prasad, Nanophotonics. --: Wiley-Interscience, 2004. (Modulo A) Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Laboratory
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)
  • Mathematica

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita' Uguaglianza di genere Energia pulita e accessibile