Obiettivi formativi
1) Acquisire una buona conoscenza delle metodologie di preparazione di policristalli, monocristalli, film epitassiali e nanostrutture.
2) Capacità di decidere quale metodologia applicare a seconda del materiale di interesse
3) Comprensione delle proprietà dei materiali in funzione dei parametri di preparazione.
4) Capacità di pianificare gli esperimenti al fine di minimizzare i difetti e migliorare le prestazioni dei materiali di interesse.
Prerequisiti
Conoscenze di base della fisica dello stato solido, di chimica e termodinamica
Contenuti dell'insegnamento
Materiali avanzati per tecnologie innovative; Fondamenti teorici della crescita cristallina; Metodi di crescita di monocristalli, film, e nanostrutture; relazioni fra parametri di crescita e proprietà dei materiali cresciuti.
Programma esteso
Introduzione; Importanza dei nuovi materiali come chiave per le tecnologie innovative; esempi.
Materiali cristallini; Distinzione fra cristalli naturali e cristalli sintetici; Requisiti di purezza, perfezione morfologica e strutturale, controllo del drogaggio per applicazioni tecnologiche;
Relazioni fra composizione chimica, struttura cristallografica e proprieta´fisiche
Tailoring delle proprieta´tramite introduzione di impurezze (drogaggio)
La dimensione del cristallo come grado di liberta´ per variare le proprieta´fisiche (nanostrutture)
Fondamenti di crescita dei cristalli artificiali; Definizione della crescita cristallina come transizione di fase del 1° ordine; 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); preparazione di nanostrutture
Disadattamento reticolare tra film e substrato; eterostrutture stressate
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
Dispense fornite dal docente; D.T.J. Hurle (Ed.), Handbook of crystal growth (6 volumi), Elsevier 1993; R. Fornari e C. Paorici Eds, Theoretical and technological aspects of crystal growth, Trans Tech Publ 1998; I.V. Markov, Crystal growth for beginners, World Scientific 2003;E.A. Irene, Electronic materials science, Wiley 2005; M. Noginov and V. Podolskiy Eds, Tutorials in Metamaterials, CRC Press 2012
Metodi didattici
Lezioni in aula con supporto di materiali audiovisivi.
In linea di principio le lezioni si terranno in presenza. Possibilità di modalità mista nel caso ci fossero studenti fuori sede impossibilitati a partecipare di persona.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale.
Modalità:
- Breve seminario (max 15 min) di approfondimento di un tema a scelta fra quelli svolti durante il corso.
- Interrogazione sugli argomenti del corso mirante a stabilire in quale misura i concetti base sono chiari e acquisisti.
- Il voto finale si basa per 1/3 sul seminario e per 2/3 sulla interrogazione
Nel caso gli esami in presenza fossero preclusi a causa di evoluzione negativa della pandemia Covid-19, gli esami si terranno in remoto con le stesse modalità.
Altre informazioni
Attività di supporto:
Visita ai laboratori di crescita di IMEM-CNR. Esperimenti di crescita epitassiale e bulk.
(attività programmata ma da confermare a seconda dell'evoluzione della pandemia Covid-19)
Discussioni su materiali innovativi per tecnologie avanzate.
