DIFFRAZIONE DI NEUTRONI E DI RAGGI X
cod. 19412

Anno accademico 2007/08
2° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Fisica della materia (FIS/03)
Field
A scelta dello studente
Tipologia attività formativa
A scelta dello studente
40 ore
di attività frontali
5 crediti
sede:
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

<br />Obiettivo del corso è raggiungere una buona conoscenza delle tecniche di diffrazione e scattering di raggi X e neutroni e delle loro principali applicazioni nella fisica della materia condensata.

Prerequisiti

<br />Conoscenza dell'analisi matematica e della geometria a livello avanzato, in particolare: equazioni differenziali, funzioni di più variabili, funzioni in campo complesso, trasformate di Fourier.<br />Buona conoscenza della meccanica classica, dell'elettromagnetismo, della meccanica quantistica.

Contenuti dell'insegnamento

<br />Introduzione alla diffrazione X<br />Raggi X: onde e fotoni, scattering da un elettrone, da un atomo e da una molecola, scattering Compton, assorbimento, riflessione e rifrazione, coerenza, interazioni magnetiche, sorgenti di raggi X: apparati da laboratorio, radiazione di sincrotrone: collimazione, caratteristiche spettrali, wiggler ed undulatori.<br />Teoria cinematica della diffrazione X<br />Scattering da un reticolo cristallino, la condizione di Laue ed il reticolo reciproco, la sfera di Ewald, il fattore di struttura della cella unitaria, vibrazioni reticolari: fattore di Debye-Waller e TDS, intensità integrata.<br />Rifrazione e riflessione di raggi X<br />Indice di rifrazione e assorbimento, legge di Snell ed equazioni di Fresnel, riflessione da uno strato omogeneo di spessore finito, da un multistrato, superfici ed interfacce corrugate.<br />Teoria dinamica della diffrazione X<br />Riflessione e trasmissione attraverso pochi strati atomici, teoria di Darwin, curva di riflettività di Darwin, larghezza della curva di Darwin, intensità integrata, onde stazionarie.<br />Assorbimento dei raggi X<br />Assorbimento fotoelettrico, sezioni d’urto di scattering e di assorbimento, assorbimento di raggi X da un atomo isolato, EXAFS: schema teorico ed esempi, dicroismo dei raggi X, scattering risonante.<br />Introduzione allo scattering di neutroni<br />Proprietà del neutrone e complementarità tra:neutroni e raggi X, produzione di neutroni: reattori, sorgenti a spallazione, trasporto dei neutroni: guide, selezione dei neutroni: monocromatori e chopper, rivelatori di neutroni, strumentazione: diffrattometri, diffrazione a piccoli angoli  e riflettometria, spettrometri su sorgenti continue: TAS & TOF, spettrometri su sorgenti pulsate: spettrometri ad alta risoluzione. <br />Teoria dello scattering di neutroni<br />Le sezioni d’urto di scattering, il Fattore di Struttura Dinamico, scattering coerente ed incoerente, funzioni di scattering e funzioni di correlazione, spettro di energie accessibile ai neutroni e moti atomici investigabili.<br />Diffrazione di neutroni<br />diffrazione da strutture cristalline, diffrazione da sistemi disordinati, scattering a piccoli angoli: fattore di forma, fattore di struttura, variazione di contrasto.<br />Scattering anelastico e quasielastico di neutroni<br />Scattering anelastico, modi normali, sezione d’urto di scattering ad un fonone, misura delle curve di dispersione, scattering incoerente ed approssimazione incoerente, spettroscopia vibrazionale, funzioni di correlazione e funzioni intermedie di scattering, esempi di moti diffusivi.<br />Scattering magnetico dei neutroni<br />L’interazione magnetica neutrone-elettrone, sezione d’urto di scattering magnetico e fattore di forma magnetico, diffrazione da sistemi magneticamente ordinati, neutroni polarizzati, scattering magnetico anelastico.

Programma esteso

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Bibliografia

<br /><br />Neutron and Synchrotron Radiation for Condensed Matter Studies, Vol I, (Springer-Verlag & Les Editions de Physique)<br />X-ray diffraction, B.E. Warren (1990 - Dover Publ.)<br />The Optical Principles of the Diffraction of X-rays, R.W. James (1982 - Ox Bow Press)<br />Introduction to the Theory of Thermal Neutron Scattering, G.L. Squires, (1978 - Cambridge Univ. Press,)<br />Neutrons and Solid State Physics, L. Dobrzynski, K. Blinowski (1994 – Ellis Horwood)<br />Neutron Scattering Methods of Experimental Physics, Vol. 23A,(1986 - Academic Press, New York)<br />

Metodi didattici

<br />Insegnamento:<br /> <br />Lezioni teoriche ed esercitazioni pratiche<br /> <br />Esami:<br /> <br />Orale

Modalità verifica apprendimento

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Altre informazioni

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