Obiettivi formativi
Con questo corso i partecipanti acquisiranno:
1) Conoscenze sulle proprietà dei materiali, in particolare materiali funzionali
2) Buona conoscenza delle metodologie di preparazione di policristalli, monocristalli, film epitassiali e nanostrutture.
3) Capacità di individuare la tecnologia di preparazione più adatta a seconda del materiale di interesse
4) Comprensione delle proprietà dei materiali in funzione dei parametri di preparazione.
5) Capacità di pianificare autonomamente le metodologie sperimentali ottimizzate per migliorare le prestazioni dei materiali di interesseal e minimizzare i difetti.
Prerequisiti
Conoscenze di base di fisica dello stato solido, di chimica e termodinamica.
Contenuti dell'insegnamento
I materiali come chiave di sviluppo di tecnologie avanzate; Relazioni struttura cristallina - funzionalità; Fondamenti teorici della crescita cristallina; Metodi di crescita di monocristalli, film, e nanostrutture; Relazioni fra parametri di crescita e proprietà dei materiali cresciuti; Esempi di materiali per applicazioni avanzate.
Programma esteso
- Introduzione; importanza dei materiali avanzati come chiave per le tecnologie innovative; esempi.
- Relazioni fra composizione chimica, struttura cristallografica e proprietà fisiche
- Materiali cristallini; cristalli naturali e cristalli sintetici; requisiti di purezza, perfezione morfologica e strutturale
- Tailoring delle proprietà tramite introduzione di impurezze (drogaggio)
- La dimensione del (nano)cristallo come grado di libertà per variare le proprietà fisiche e importanza delle nanostrutture
- Fondamenti di crescita dei cristalli artificiali; definizione della crescita cristallina come transizione di fase; nucleazione; aspetti termodinamici e cinetici;
- La fluidodinamica nella crescita dal fuso; concetto di strato stagnante; fenomeni di segregazione; profili di distribuzione di impurezze; trasporto di massa e di calore; sottoraffreddamento costituzionale
- Tecniche di crescita di monocristalli (dal fuso, da fase vapore, da soluzione); crescita di film sottili (epitassia da fasci molecolari, da fase vapore, da soluzione, sputtering e laser ablation); metodi per la preparazione di nanostrutture
- Disadattamento reticolare tra film e substrato; eterostrutture stressate; deformazione reticolare come grado di libertà nel design di materiali innovativi
- Difetti estesi e puntuali in cristalli; classificazione dei difetti e metodi per ridurne la concentrazione; difetti "utili"
- Descrizione delle metodologie di crescita per alcuni cristalli di importanza tecnologica (semiconduttori, semiconduttori organici, cristalli laser, ossidi funzionali, ecc.)
- Definizione di metamateriali e loro applicazioni
Bibliografia
1) Dispense e altro materiale didattico fornito dal docente
2) Deborah D.L. Chung, Functional Materials: electrical, dielectric, electromagnetic optical and magnetic properties; World Scientific, 2022
3) D.T.J. Hurle (Ed.), Handbook of crystal growth (6 volumi), Elsevier 1993, 2a edizione 2015
4) R. Fornari e C. Paorici Eds, Theoretical and technological aspects of crystal growth, Trans Tech Publ 1998;
5) I.V. Markov, Crystal growth for beginners, World Scientific 2003;
6) E.A. Irene, Electronic materials science, Wiley 2005;
7) M. Noginov and V. Podolskiy Eds, Tutorials in Metamaterials, CRC Press 2012
Metodi didattici
Le lezioni si terranno in presenza con supporto di materiali audiovisivi.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale che comprende:
- Breve seminario (max 20 min) di approfondimento di un tema a scelta dello studente fra quelli svolti durante il corso.
- Interrogazione sugli argomenti del corso mirante a stabilire in quale misura i concetti base sono chiari e acquisiti.
- Il voto finale si basa per 1/3 sul seminario e per 2/3 sulla interrogazione
Altre informazioni
Attività di supporto:
Visita ai laboratori di di IMEM-CNR nel Campus universitario (eventualmente anche altri istituti o aziende).
Discussioni e seminari su materiali innovativi per tecnologie avanzate.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Le conoscenze acquisite con questo insegnamento concorrono alla realizzazione degli obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile
