Prof. Antonio Miotello

Anno Accademico 2001/2002

Il corso di FISICA DEI MATERIALI (I e II Unita`) si propone di fornire allo studente gli strumenti necessari per poter affrontare lo studio di quella branca della fisica che si occupa delle proprieta' dei materiali di carattere innovativo e di largo utilizzo in campo industriale.

Per realizzare questo obiettivo si rende necessario un approfondimento di elementi di termodinamica e di meccanica statitistica nonche' di alcune equazioni differenziali appropriate per lo studio di problematiche relative al trasporto. Allo studente si forniscono gli elementi base per la comprensione dei processi su cui si fondano le tecniche analitiche piu' utilizzate nei moderni laboratori di scienza dei materiali. E' parte integrante del corso una attivita' guidata nei laboratori di sintesi e di caratterizzazione sia composizionale che strutturale di materiali innovativi sotto forma di film sottili.

- ASPETTI TERMODINAMICI

- I principi della termodinamica e la loro importanza nello studio della fisica dei materiali. Il terzo principio della termodinamica e il calore specifico a temperatura nulla. Utilizzo della meccanica quantistica per lo studio del calore specifico a temperature tendenti allo zero assoluto. Termodinamica delle transizioni di fase ed esempi di transizioni del I e del II ordine.

- Diagrammi di fase e costruzione dei diagrammi di fase a partire dall'energia libera di Gibbs (e viceversa). Intervalli proibiti di miscibilita' nei diagrammi di fase e loro spiegazione sulla base dei valori dell'entalpia e dell'entropia di mixing. Genesi microscopica dell'entalpia di mixing positiva e l'esempio della miscela He(3)-He(4).

- Segregazione di Gibbs: peculiarita' della fisica degli strati atomici della superficie di un solido rispetto agli strati di volume.

ASPETTI STRUTTURALI

- Reticolo di Bravais e reticolo reciproco.

- Teorema di Bloch e equazioni semiclassiche del moto. Classificazione dei solidi: isolanti, semiconduttori e metalli.

- Difetti nei solidi: tipi, formazione e correlazione con la temperatura di fusione, teorie (della formazione). Difetti di punto e difetti estesi.

- ASPETTI RELATIVI AL TRASPORTO

- Diffusione di volume per: atomi, difetti puntuali, elettroni,energia termica. Descrizione con modelli macroscopici della diffusione. Equazioni di carattere fenomenologico (Fick, Fourier, Ohm) e loro genesi microscopica. Cammino quadratico medio e coefficiente di diffusione. Aspetti microscopici del coefficiente di diffusione di atomi in solidi. Caratteristiche del moto aleatorio in un solido, frequenza di salto, fattore di correlazione (e tecniche sperimentali per la sua determinazione).

- I principali aspetti sperimentali dei materiali superconduttori.

R.A. SWALIN, Thermodynamics of Solids

L.C. FELDMAN, J.W. MAYER, Fundamentals of Surface and Thin Film Analysis

U. AMALDI, Fisica delle Radiazioni

(Prof. Antonio Miotello)

Anno Accademico 2001/2002

- METODI DI ANALISI

- Aspetti generali delle tecniche di analisi dei materiali in relazione all'interazione radiazione-materia. Sezione d'urto per vari tipi di interazione e determinazione sperimentale di tale quantita'.

- Tecniche di analisi nucleari: Rutherford Backscattering e Nuclear Reaction Analysis

- Tecniche di analisi spettroscopiche: Auger Electron Spectroscopy (AES), Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS) e X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Il problema dello sputtering associato alle tecniche di superficie (AES,XPS,SIMS). Teoria dello sputtering: perdita di energia, di una particella incidente su un bersaglio, per collisioni nucleari e per interazione anelastica con gli elettroni. Dipendenza della resa di sputtering da quantita' quali energia di legame alla superficie, massa degli atomi del bersaglio e della particella incidente. Il problema dello sputtering preferenziale e sua descrizione per un utilizzo corretto delle tecniche di superficie. Uso della tecnica XPS per lo studio dei legami chimici. I fenomeni di caricamento nei dielettrici e accorgimenti sperimentali per isolare tali fenomeni.

ESPERIENZA DI LABORATORIO

Deposizione mediante tecnica di sputtering convenzionale e di laser-ablation di films su substrati diversi. Analisi di tali film mediante profilometro. Uso del microscopio a scansione elettronica per l'analisi morfologica del film. Uso della tecnica EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) per l'analisi

composizionale del film depositato.

R.A. SWALIN, Thermodynamics of Solids

L.C. FELDMAN, J.W. MAYER, Fundamentals of Surface and Thin Film Analysis

U. AMALDI, Fisica delle Radiazioni