Insegnamenti

 

60/68/13 - LABORATORIO I

Anno Accademico ​2014/2015

Docente
GUIDO ​MULA (Tit.)
ALESSANDRO ​RIGGIO
CORRADO ​CICALO'
Periodo
Primo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento




Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/68] ​ ​FISICA [68/00 - Ord. 2014] ​ ​PERCORSO COMUNE10120
Obiettivi

Lo scopo del corso è quello di fornire agli studenti le competenze indispensabili per poter affrontare i problemi della ricerca scientifica sperimentale di punta nonché gli strumenti atti alla valutazione delle problematiche relative alla costruzione di un percorso sperimentale di misura e valutazione dei parametri sperimentali. Gli studenti effettueranno misure di laboratorio di Fisica dei Materiali, Fisica Nucleare e Astrofisica.
Il ciclo di lezioni e di esperienze del laboratorio di astronomia ottica ha lo scopo di fornire allo studente una conoscenza di base dei metodi e delle problematiche inerenti lo studio di oggetti celesti attraverso l'osservazione diretta nella banda ottica dello spettro elettromagnetico. In particolare, lo studente apprenderà concetti di base di Astronomia, Astrofisica delle stelle variabili (Cefeidi),
tecnologia dei sistemi di rivelazione (CCD) e processi di interazione radiazione-materia coinvolti, Analisi statistica con metodi di regressione non lineare e metodi statistici e metodi fotometrici per lo studio di variabilità temporali delle stelle

La parte del corso relativa al Laboratorio di Fisica Nucleare ha lo scopo di fornire allo studente le conoscenze fondamentali per l'utilizzo di rivelatori di particelle e di rivelatori per spettroscopia gamma e X. Si propone inoltre di fornire le basi teoriche per la comprensione del funzionamento dei rivelatori di particelle in generale, delle prestazioni di questi dispositivi e delle tecniche per il loro utilizzo.

Prerequisiti

Gli studenti devono possedere le competenze di base di Fisica della Materia, Fisica Nucleare e Astrofisica, fra cui lo spettro di corpo nero e concetti di statistica elementare, di astronomia di base, di programmazione in C o C++. Gli studenti devono poi avere le competenze relative ai laboratori di fisica della laurea triennale in Fisica.

Contenuti

Il corso prevede una parte teorica iniziale nella quale verranno descritte alcune metodologie di fabbricazione e caratterizzazione di materiali nanostrutturati. L'esempio di riferimento sarà l'Epitassia con Fasci Molecolari (MBE). Le problematiche relative all'ultra alto vuoto saranno descritte, insieme alle tecnologie utilizzate per il raggiungimento di tali livelli di vuoto durante una deposizione. Verranno descritti i principali problemi connessi alla realizzazione di strutture di dimensione nanometrica come i difetti strutturali, le differenze di parametro reticolare o di struttura reticolare tra materiali diversi. Verranno illustrate diverse tecniche di caratterizzazione divise tra tecniche distruttive e non distruttive. In particolare, verranno illustrate le tecniche Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES), X-ray Diffraction (XRD) e tecniche associate, Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS), Rutherford Backscattering (RBS), Transmission Electron Microscopy (TEM) e techiche associate, Scanning Electron Microscopy (SEM) e tecniche associate, Scanning Probe Microscopy (SPM) (p.es. Atomic Force Microscopy (AFM), Scanning Tunneling Microscopy (STM)). Verranno effettuate delle visite a diversi laboratori di ricerca dell'Università di Cagliari dove diverse tecniche tra quelle descritte sono utilizzate attivamente.
Le attività di laboratorio saranno divise in tre parti: Fisica della Materia, Fisica Nucleare, Astrofisica. Ogni attività di laboratorio sarà preceduta da una sessione di lezioni frontali atte a fornire agli strumenti le informazioni necessarie alla realizzazione degli esperimenti. Per la Fisica della Materia le esperienze saranno sulla misura di caratteristiche di campioni nanostrutturati e sullo studio della loro evoluzione in funzione di uno o più parametri esterni, nonché sulla caratterizzazione di diversi altri materiali. La raccolta e l'analisi dei dati insieme all'apprendimento dell'utilizzo di software dedicati all'analisi dei dati, fanno parte integrante delle attività del laboratorio. Analogamente, per le esperienze di Fisica Nucleare l'esperienza consisterà nella misura e caratterizzazione di radiazioni e/o particelle insieme all'analisi dei dati.

Nel dettaglio, per la parte di Astrofisica saranno trattati i seguenti argomenti: Richiamo di concetti statistici per l'analisi dati, Metodi regressione non lineare tipo Levenberg–Marquardt, Test statistici per la comparazione di modelli (F-test), Sistemi di coordinate celesti, Misura del tempo in astronomia, Diffrazione da apertura circolare e potere risolutivo di un telescopio, Concetto di magnitudine
Sistemi fotometrici, filtri a banda larga e filtri interferenziali, I CCD, Mezzo interstellare ed estinzione, Fotometria e fotometria differenziale, Stelle variabili, Le Cefeidi.

Per la parte di Fisica Nucleare, saranno affrontati i seguenti argomenti: Particelle, sorgenti radioattive, cenni di radioprotezione, interazione radiazione-materia, rivelatori di particelle (caratteristiche generali, prestazioni), cenni di statistica applicata alla analisi dei dati, tipi di rivelatori. Saranno poi svolte esperienze di spettroscopia gamma e XRF.

Metodi Didattici

Gli studenti avranno a disposizione i file ppt/pdf usati durante il corso e il materiale aggiuntivo messo a disposizione nello spazio web a disposizione sul sito http://moodle2.unica.it.

La parte di Fisica della Materia è composta da 26 ore di didattica frontale e circa 55 ore di attività di labratorio, ivi comprese circa 10 ore per visite guidate a laboratori di ricerca della Cittadella Universitaria.

La parte del corso relativa all'astrofisica si compone di circa 10 ore di didattica frontale e circa 10 ore di laboratorio. Lo studente, durante il laboratorio, prenderà confidenza con la strumentazione e applicherà i concetti appresi durante le lezioni frontali.

La parte del corso relativa alla Fisica Nucleare si compone di circa 10 ore di didattica frontale e circa 10 ore di laboratorio. Lo studente, durante il laboratorio, prenderà confidenza con la strumentazione e applicherà i concetti appresi durante le lezioni frontali.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione verrà fatta mediante valutazione dei risultati delle relazioni scritte individuali (o eventualmente di gruppo ove indicato dal docente) sulle attività di laboratorio e un esame orale.

Testi

1) Thin Film Technology Handbook, Aisha Elshabini-Riad and Fred D. Barlow III,mcGraw Hill, 1998 (ISBN 0-07-019025-9)

2) Growth and characterization of Semiconductors,R.A. Stradling and P.C. Klipstein Eds, IOP Publishing Bristol and Philadelphia 1990 (ISBN 0-85274-131-6)

3) Characterization of Materials, John B. Watchman, Butterworth-Heinemann 1993 (ISBN 0-7506-9215-4)

4) Materials Fundamental of Molecular Beam Epitaxy, Jeffrey Y. Tsao, Academic Press 1993 (ISBN 0-12-701625-2)

5) Molecular Beam Epitaxy, M.A. hermann nad H. Sitter, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1989 (ISBN 3-540-19075-9)

6) Basic Vacuum Technology, A. Chambers, R.K. Fitch and B.S. Halliday, IOP Publishing Bristol and Philadelphia 1998(ISBN 0-7503-0495-2)

Altre Informazioni

Il corso farà uso di uno spazio apposito sul sito di elearning dell'Ateneo di Cagliari, all'indirizzo http://moodle2.unica.it

credits unica.it | accessibilità Università degli Studi di Cagliari
C.F.: 80019600925 - P.I.: 00443370929
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