Conoscenze di base di struttura della materia e di fisica dello stato solido

Il corso intende fornire una preparazione avanzata e interdisciplinare nel campo della fisica della materia e delle tecnologie emergenti. Partendo dallo studio della criogenia e dei fenomeni fisici che emergono a basse temperature (superconduttività e superfluidità), il corso sviluppa competenze sia teoriche sia sperimentali sulle tecniche di misura elettriche, elettroniche e magnetiche, comprese le metodologie più avanzate per la caratterizzazione dei materiali (magnetometria SQUID e VSM, risonanze magnetiche, effetto Kerr magneto-ottico). Un altro obiettivo centrale è la formazione su tecniche di micro- e nano-fabbricazione, che comprendono sia approcci bottom-up di tipo fisico e chimico (evaporazione, sputtering, deposizione da fase vapore, ablazione laser) sia approcci top-down (litografia, processi di etching), con particolare attenzione al ruolo delle superfici e alla minimizzazione dell’energia superficiale.

•  Comprendere e applicare i principi della criogenia, acquisendo familiarità con le tecniche di raffreddamento e liquefazione, nonché con i fenomeni caratteristici della materia a basse temperature, come superconduttività e superfluidità. •  Svolgere misure elettriche ed elettroniche avanzate, includendo la determinazione della conduttività, lo studio dell’effetto Hall quantistico, le caratterizzazioni dielettriche e capacitive, oltre a tecniche di misura elettrochimiche. •  Analizzare i fondamenti del magnetismo nella materia a livello quantistico, nanometrico e molecolare, ed eseguire caratterizzazioni magnetiche mediante tecniche sperimentali quali magnetometria SQUID e VSM, effetto Kerr magneto-ottico (MOKE) e metodi di risonanza magnetica (NMR, EPR, FMR, MRI). •  Acquisire competenze nella micro- e nano-fabbricazione di materiali e dispositivi, padroneggiando sia gli approcci bottom-up (evaporazione termica, deposizioni da fase vapore, sputtering, ablazione laser) sia quelli top-down (litografie ottiche e a particelle, soft e imprint lithography, processi di etching), con particolare attenzione al ruolo delle superfici e alla minimizzazione dell’energia superficiale.

Lezioni frontali, visite e brevi stages in laboratori scientifici.

L’esame consiste nella redazione di una relazione sulle esperienze di laboratorio, da presentare sotto forma di articolo scientifico, e in una prova orale. Durante la prova orale la commissione porrà due domande sugli argomenti trattati nel corso, al fine di verificare la comprensione dei contenuti teorici e la capacità di collegarli alle attività sperimentali svolte.

1. Campbell, Fabrication Engineering at the Micro- and Nanoscale, 4th edition, Oxford University Press (2013)

2. Milton Ohring,The Materials Science of Thin Films, 2nd edition, Elsevier (2001)

3. Zheng Cui, Nanofabrication Principles, Capabilities and Limits, Springer (2008) 4. Sulabha K. Kulkarni, Nanotechnology: Principles and Practices, Springer (2015)