Obiettivi Formativi

Approfondire conoscenze su: Probabilità di transizione e fenomeni di diffusione - Processi radiativi - Spettroscopia vibrazionale ed elettronica di atomi, molecole e solidi - Metodi sperimentali di spettroscopia ottica ed elettronica – Microscopie elettroniche e a sonda.

Learning Goals

To deepen knowledge of: Transition probabilities and diffusion phenomena -radiative processes - vibrational and electronic spectroscopy of atoms, molecules and solids - experimental methods of optical and electronic spectroscopy – electronic and probe microscopy.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni. Alcune attività di laboratorio.

Teaching Methods

Class lectures and tutorials. Some laboratory practice.

Prerequisiti

Elettromagnetismo – Meccanica quantistica

Prerequisites

Electromagnetism - Quantum mechanics

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale. Si suggerisce la presentazione di una breve tesina su una tecnica spettroscopica a scelta.

Assessment

Oral examination. Presentation of a short report on a spectroscopic technique is suggested.

Programma del Corso

Con il termine “spettroscopia” si fa generalmente riferimento ad un grande numero di tecniche di indagine sperimentale che hanno caratterizzato lo sviluppo della cosiddetta fisica moderna e sono tuttora di fondamentale importanza nello studio dei fenomeni fisici. In questi casi si fa un largo uso di particolari tecniche di indagine spettroscopica sia per lo studio degli aspetti fisici dei fenomeni stessi che per contribuire allo sviluppo di metodologie (per es. di prevenzione, di controllo e di intervento) in un ambito cosiddetto multidisciplinare. Nel contesto dell’attuale manifesto degli studi per il corso di Laurea Magistrale in Fisica, lo scopo del corso di Spettroscopia é quello di fornire allo studente del II anno una conoscenza approfondita degli aspetti fondamentali della interazione radiazione-materia e delle principali e più moderne tecniche di indagine spettroscopica utilizzate nel campo della Fisica Sperimentale. In particolare vengono trattati i processi fisici che sono alla base dei vari tipi di spettroscopia, cioè l'interazione tra la sonda e gli atomi, le molecole ed i solidi. Vengono anche analizzate dal punto di vista sperimentale alcune delle più importanti tecniche spettroscopiche e le più rilevanti problematiche relative alla messa a punto degli apparati sperimentali. Il corso è generalmente integrato con esercitazioni di tipo pratico. La frequenza del corso è indicata per quegli studenti interessati all'approfondimento degli aspetti di fisica sperimentale, viste le importanti ricadute che hanno le tecniche di indagine spettroscopica in vari settori applicativi, basti pensare al campo sanitario ed a quello dei beni culturali ed ambientali e della scienza dei materiali. Programma Formulazione Hamiltoniana per il campo elettromagnetico – Polarizzazione – Dipolo elettrico –Radiazione di multipolo – Diffusione di luce da particelle dielettriche – Quantizzazione del campo di radiazione− Probabilità di transizione e fenomeni di diffusione – Regola d’oro di Fermi – Sezione d’urto differenziale – Diffusione neutronica - Assorbimento ed emissione di fotoni da atomi e molecole – Larghezza di riga – Effetto fotoelettrico – Spettri infrarosso – Processi diffusivi elastici ed anelastici - Sorgenti di radiazione - Risoluzione spettrale - Rivelatori - Componenti ottici - Metodologie di analisi - Analizzatori e rivelatori elettronici - Spettroscopia in assorbimento, riflessione e fluorescenza - Processi di ottica non lineare - Tecniche sperimentali di spettroscopia fotoelettronica - Metodologie sperimentali - Processi di ionizzazione Interpretazione delle caratteristiche spettrali - Spettroscopia fotoelettronica (XPS, UPS) - Spettroscopia degli elettroni Auger - Spettroscopia di fluorescenza X - EXAFS - Radiazione di sincrotrone − Tecniche di microscopia - Cenni di microscopia ottica – Microscopia elettronica a scansione ed in trasmissione – Microsonda elettronica – Microscopie a scansione a sonda (STM, AFM, NSOM).

Course Syllabus

The term "spectroscopy" is generally referred to a large number of experimental investigation techniques that characterized the development of the so-called modern physics and are still of fundamental importance in the study of physical phenomena. In these cases, an extensive use of peculiar spectroscopic investigation techniques are carried out to study the physical phenomena and to contribute to the development of methodologies (eg. prevention, control and intervention) in a multidisciplinary framework. In the context of the Master of Science in Physics, the purpose of the course Spectroscopy is to give to students of the second year a deep knowledge of the fundamental aspects of the interactions of radiation with matter and of the leading and advanced techniques of spectroscopic investigation used in the field of Experimental Physics. In particular, the physical processes that underlie the various types of spectroscopy are treated, i.e. the interaction between the probe and the atoms, molecules and solids. Some of the most important experimental spectroscopic techniques are also analyzed together with the most relevant issues related to the development of experimental apparatus. The course is usually integrated with laboratory experiments. The course attendance is suitable for those students interested in exploring the aspects of experimental physics, given the important impact of the spectroscopic techniques in various fields of application, such as health, cultural heritages, environmental and materials sciences. Syllabus - Classical electromagnetism – Hamiltonian formalism – Polarization – electric dipole – multipole radiation – light scattering from dielectric particles –radiation field quantization – transition probabilities and scattering – Fermi golden rule – differential cross section – neutron scattering - Atomic and molecular photons absorption and emission - spectral inewidth – photoelectric effect – infrared spectra – elastic and inelastic scattering processes - Radiation sources – spectral resolution – detectors – optical components – analytic techniques – electronic analyzer and detectors – absorption, reflection and fluorescence spectroscopy – nonlinear optical processes - Experimental techniques of photoelectron spectroscopy – ionization processes – spectral features – photoelectron spectroscopy (XPS, UPS, Auger) – X-ray fluorescence spectroscopy – EXAFS – Synchrotron radiation - Microscopy techniques – elements of optical microscopy – scanning and transmission electronic microscopy – scanning probe microscopies (STM, AFM, NSOM).