FISICA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
cod. 1005456

Anno accademico 2023/24
2° anno di corso - Primo semestre
Docente
- Roberto FORNARI
Settore scientifico disciplinare
Fisica della materia (FIS/03)
Field
Attività formative affini o integrative
Tipologia attività formativa
Affine/Integrativa
52 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in ITALIANO

Obiettivi formativi

Con questo corso i partecipanti acquisiranno:
1) Buona conoscenza delle metodologie di preparazione di policristalli, monocristalli, film epitassiali e nanostrutture.
2) Capacità di individuare la tecnologia di preparazione più adatta 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

I materiali funzionali come chiave di sviluppo di tecnologie innovative; 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.

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, 2a edizione 2015; 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

Le lezioni si terranno in presenza con supporto di materiali audiovisivi. Possibilità di modalità mista nel caso ci fossero studenti impossibilitati a partecipare di persona.

Modalità verifica apprendimento

Esame orale che comprende:

- Breve seminario (max 20 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 nuove emergenze sanitarie, gli esami si terranno in remoto con le stesse modalità.

Altre informazioni

Attività di supporto:

Visita ai laboratori di di IMEM-CNR per seguire esperimenti di crescita epitassiale e bulk.

Discussioni e seminari su materiali innovativi per tecnologie avanzate.