Obiettivi Formativi

Il corso di propone di fornire conoscenze sulle proprietà dei materiali alla nanoscala. Fondamentali sono i seguenti argomenti: Proprietà ottiche ed elettroniche alla nanoscala; Punti e pozzi quantici, nanotubi; Cristalli fotonici e superstrutture; Tecniche top-down e bottom-up; Microscopia, spettroscopia e altre tecniche analitiche per materia alla nanoscala; Funzionalizzazione.

Learning Goals

The course aims to provide knowledge related to the properties of materials at nanoscale. The following topics are essential: Optical and electronic properties of matter at the nanoscale; Quantum dots, nanotubes and quantum wells; Photonic crystals and superstructures; Top down and bottom up techniques; Microscopy, spectroscopy and other analytical techniques on the nanoscale; Functionalization.

Metodi didattici

Lezioni frontali con l’ausilio di supporti multimediali.

Teaching Methods

Multimedia aided frontal lessons.

Prerequisiti

Sono richieste conoscenze di meccanica quantistica e di fisica dello stato solido.

Prerequisites

Knowledge of quantum mechanics and solid-state physics are required.

Verifiche dell'apprendimento

Due prove in itinere facoltative con esonero. La prova in itinere consisterà in un colloquio della durata di 15/30 minuti sulle tematiche svolte in aula nel periodo di riferimento. Gli studenti che superano con esito positivo ambedue gli esoneri non devono sostenere ulteriori prove. Il voto finale sarà la media dei voti ottenuti. Gli studenti che superano solo una delle due prove in itinere sono tenuti a sostenere una prova orale della durata di 15/30 minuti discutendo le tematiche che riguardano gli argomenti della prova in itinere che non è andata a buon fine. Le prove in itinere restano valide per tutto il periodo relativo all’anno accademico di riferimento. L’aver sostenuto una o più prove in itinere non è vincolante per lo studente che può sostenere l’esame per intero nelle date previste allo scopo.

Assessment

Two optional ongoing tests with exemption. The ongoing tests will consist of an interview lasting 15/30 minutes on the topics covered in the classroom during the reference period. Students who successfully pass both exemptions must not take further tests. The final mark will be the average of the obtained marks. Students who pass only one of the two on-going tests have to take an oral test lasting 15/30 minutes, discussing the issues concerning the topics of the on-going test which has not been successful. The ongoing tests remain valid for one academic year. Having taken one or more ongoing tests is not binding on the student who can take the entire exam in the scheduled dates.

Programma del Corso

Aspetti fisici di base delle nanotecnologie: definizioni, motivazioni e concetti fondamentali. Tecnologie per la fabbricazione: tecniche fisiche e chimico-fisiche (MBE, MO-MBE, sputtering, PLAD, PE-CVD, LPE, deposizione da fase liquida e sol-gel, auto assemblaggio molecolare). Tecniche di microscopia: microscopia ottica convenzionale e confocale, microscopia elettronica SEM e TEM, microanalisi, litografia EBL, SCALPEL e FIB. Litografia ottica e tecnologia del resist, limite di diffrazione e strategie per superarlo. Tecniche di microscopia a scansione a sonda: AFM, FFM, EFM, STM, SNOM; litografie a scansione di sonda; cenni sulla nanolitografia ottica di materiali fotoattivi. Proprietà ottiche di sistemi a bassa dimensionalità. Plasmoni di superficie in nano particelle metalliche, confinamento quantico in semiconduttori. Proprietà di trasporto in sistemi a bassa dimensionalità; effetto Hall quantistico, magnetoresistenza gigante. Singole nanostrutture: tecniche per la produzione di nanofili e nanotubi; proprietà fisiche ed applicazioni dei nanotubi di carbonio (morfologia, struttura, proprietà elettroniche). Proprietà ottiche ed elettroniche di sistemi molecolari. Dispositivi per l'optoelettronica basati sui materiali organici.

Course Syllabus

Basic of nanotechnology: definitions, and concepts. Technologies for the manufacture: physical and chemical-physical techniques (MBE, MO-MBE, sputtering, PLAD, PE-CVD, LPE, liquid phase deposition and sol-gel, molecular self-assembly). Microscopy techniques: conventional and confocal optical microscopy, electron microscopy SEM and TEM, microanalysis, lithography EBL, FIB and SCALPEL. Optical lithography technology: the resist, the diffraction limit and strategies to overcome it. Scanning probe microscopy techniques AFM, FFM, EFM, STM, SNOM. Scanning probe lithography; notes on optical nanolithography of photoactive materials. Optical properties of low-dimensional systems. Surface plasmons in metallic nanoparticles; quantum confinement in semiconductors. Transport properties in low-dimensional systems, quantum Hall effect, giant magnetoresistance. Single nanostructures: nanowires and nanotubes production techniques, physical properties and applications of carbon nanotubes (morphology, structure, electronic properties). Optical and electronic properties of molecular systems. Organic devices for optoelectronics.