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SIMONE POLLASTRI
Ricercatore t.d. art. 24 c. 3 lett. A
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Insegnamento: Advanced spectroscopic and imaging methods
Physics - Fisica (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Il corso introduce alcune delle tecniche di frontiera nella caratterizzazione dei materiali e di indagine delle proprietà fondamentali della materia.
Obiettivi Formativi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso lo studente disporrà della conoscenza di alcune tecniche avanzate di spettroscopia e imaging, e quindi la capacità di comprendere quanto ad esse correlato, compresa la conoscenza delle specifiche strumentazioni.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato le capacità fondamentali per svolgere esperimenti basati su tecniche avanzate, comprese quelle per l' utilizzo delle specifiche strumentazioni..
Autonomia di giudizio:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato il metodo per valutare l'adeguatezza di un apparato sperimentale rispetto agli obiettivi della misura e la qualità dei risultati di un esperimento conoscendone le modalità della sua realizzazione.
Abilità comunicative:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la conoscenza necessaria per padroneggiare i concetti fondamentali alla base di tecniche avanzate, da cui conseguono la capacità di redigere relazioni ed esporre i risultati di un esperimento in modo chiaro, rigoroso e conciso, nonché la capacità di comprenderle.
Capacità di apprendimento:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di cogliere e approfondire in modo autonomo aspetti collaterali degli argomenti proposti nel corso.
Prerequisiti
Conoscenza delle spettroscopie elettroniche e dei principi su cui si basano, ovvero della teoria della materia (condensata).
Programma del corso
La spettroscopia di fotoemissione (PE) e assorbimento di raggi X (XAS) sono tra le tecniche utilizzate da diversi decenni per caratterizzare le proprietà dei materiali. I recenti progressi tecnologici hanno permesso di aggiungere variabili temporali e spaziali al loro arco. Ciò ha portato a mezzi molto potenti per eseguire analisi su scala spaziale nanometrica, con sensibilità allo stato elementare e di ossidazione e/o su scala temporale a femtosecondi, aprendo la finestra sperimentale a un nuovo universo di fenomeni. Ancora più recentemente, queste tecniche hanno iniziato ad essere applicate allo studio dei dettagli fisico-chimici dei fenomeni coinvolti nei dispositivi elettrochimici, come quelli utilizzati per convertire l'energia tra le sue forme chimiche ed elettriche: batterie, celle a combustibile, elettrolizzatori, ecc., fornendo un grande impulso nella ricerca di tecnologie che consentano di disporre di energia eliminando la necessità dei combustibili fossili.
Programma:
Produzione di radiazione di sincrotrone, BM, ID, caratteristiche. Brillanza, coerenza, polarizzazione. Wiggler e ondulatore, principi di funzionamento e differenze. Leggi fondamentali della propagazione delle onde EM nel vuoto e nei mezzi. Densità e flusso di energia. Vettore di Poynting. Onde EM nella materia. Indice di rifrazione. Funzione dielettrica e modello di Lorentz. Meccanismi di base di attenuazione dei raggi X nella materia. Sezioni d'urto atomiche vs. energia di fotone. Assorbimento fotoelettrico, Eccitazione vs. ionizzazione, Soglie di assorbimento. Struttura fine delle soglie di assorbimento di gas atomici, gas molecolari, sistemi condensati. Diverse regioni di uno spettro XAS: XANES vs EXAFS. Coefficiente di assorbimento, approccio perturbativo, hamiltoniana per l'atomo in e.m. Hamiltoniana di interazione di campo, teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Approssimazione del dipolo elettrico, Approssimazione del quadrupolo, Sudden-approssimation, Dicroismo lineare a raggi X. Meccanismi EXAFS, core-hole lifetime. Background teorico, la funzione EXAFS. Sistema a due atomi ed effetto di interferenza di base. Ampiezze e sfasamenti. Sistemi a molti atomi, Shell di coordinazione, Scattering singolo e multiplo, Perdite intrinseche, Cammino libero medio del fotoelettrone, effetti anelastici in EXAFS. Effetti del disordine termico, Il problema dell'inversione, Modelli strutturali e procedura di fitting, Parametrizzazione gaussiana di EXAFS, applicazioni EXAFS. Configurazione del fascio di fotoni: monocromatori e specchi. Misure in trasmissione, Metodi di rivelazione indiretta: rivelazione a fluorescenza (FLY), rivelazione di elettroni (TEY, PEY, AEY), sensibilità alla profondità. Meccanismi XANES, background teorico, speciazione chimica, forma della linea e simmetria del ligand-field. micro-XANES e mappatura, danni da radiazioni, XAFS rapido, XAFS dispersivo, dicroismo circolare magnetico a raggi X (XMCD). Microscopia con Radiazione di Sincrotrone: Principi, XPEEM, SPEM.
Metodi didattici
Lezioni frontali.
Testi di riferimento
copia pdf delle slides del docente
TextBook:
Synchrotron Radiation
Basics, Methods and Applications
Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015
Editors: Settimio Mobilio, Federico Boscherini, Carlo Meneghini
Verifica dell'apprendimento
Esame orale individuale (circa 45 min), dove verrà verificato l’apprendimento e la comprensione dei contenuti del corso anche rispetto ai risultati attesi sotto indicati.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso lo studente disporrà delle conoscenze dei principi alla base di tecniche di indagine avanzate, per comprendere il funzionamento di sistemi di misura complessi e per definirne le strategie di gestione.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Le conoscenze delle complesse modalità realizzative di tecniche avanzate e della strumentazione coinvolta,conferiranno allo studente la capacità di affrontare l'allestimento di esperimenti complessi utilizzando strumentazione molto avanzata.
Autonomia di giudizio:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato il metodo per valutare l'adeguatezza di un apparato sperimentale rispetto agli obiettivi della misura e la qualità dei risultati di un esperimento conoscendone le modalità della sua realizzazione.
Abilità comunicative:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di interloquire ed esporre i risultati di un esperimento in modo chiaro, rigoroso e conciso.
Capacità di apprendimento:
Al termine del corso lo studente avrà affrontato diversi aspetti relativi a tecniche, progettazione e modalità di svolgimento di esperimenti complessi che utilizzano strumentazione molto avanzata, sviluppando così la capacità di comprendere e approfondire in modo autonomo analoghi aspetti per qualunque altro generico sistema.