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Università di Pavia Dipartimento di Fisica “A. Volta” Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip.

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1 Università di Pavia Dipartimento di Fisica “A. Volta” Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Personale coinvolto: Pietro Galinetto Enrico Giulotto Francesco Rossella Giorgio Samoggia Virginia Stasi Massimo Marinone Indirizzo Pagina web in costruzione:

2 LiNbO 3 LiNbO 3 /LiTaO 3 K 1-x Li x Ta 1-y Nb y O 3 Ba 0.77 Ca 0.23 TiO 3 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica KTaO 3 BaTiO 3 KNbO 3 SrTiO 3 LiTaO 3 Ossidi ferroelettrici : Perovskiti ABO 3 P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Fe Cr Mg Cu Hf V …

3 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Perché sono interessanti e come vengono utilizzati? P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Il limite nella trasmissione elettronica dei dati è raggiunto e un ulteriore passo in avanti richiede reti di comunicazione completamente ottiche. Materiali ferroelettrici reticoli olografici filtri interferenziali e demoltiplicatori di lunghezza d’onda memorie olografiche di volume tempi di accesso al dato ~1s e una alta capacità di immagazzinamento, che non possono essere ottenute attraverso le tecniche convenzionali di storage Utilizzando impulsi laser ultracorti con elevata densità di energia, si possono raggiungere tempi molto brevi di scrittura e cancellazione arrivando fino al nanosecondo guide d’onda “...LiNbO 3 optical quality crystals are commonly used as a waveguide substrate material for various devices such as ELECTRO-OPTICAL (E/O) MODULATORS, ACOUSTO-OPTICS (A/O) FILTERS, NON-LINEAR OPTICS (NLO) DEVICES FOR FREQUENCY CONVERSION, etc....”

4 L’effetto fotorifrattivo Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica In un materiale fotorifrattivo, la comparsa di un campo elettrico interno E modula l’ indice di rifrazione attraverso l’effetto elettro-ottico di Pockels P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Un’illuminazione spaziale disomogenea induce una variazione dell’ indice di rifrazione proporzionale all’ intensità incidente,che rimane memorizzata nel mezzo anche dopo che l’ illuminazione è terminata +-

5 L’effetto fotorifrattivo Un’illuminazione spaziale disomogenea induce una variazione dell’ indice di rifrazione proporzionale all’ intensità incidente,che rimane memorizzata nel mezzo anche dopo che l’ illuminazione è terminata Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica In un materiale fotorifrattivo, la comparsa di un campo elettrico interno E modula l’ indice di rifrazione attraverso l’effetto elettro-ottico di Pockels P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

6 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Scienza dei Materiali Fotonica Dispositivi Opportuni droganti per le finalità ricercate (ad es. LiNbO3 ridurre il danneggiamento ottico cioè diminuire effetto fotorifrattivo o esaltare per fare immagazzinamento ottico) Realizzazione di micro e nanostrutture per la fotonica P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Perchè attività di ricerca? stabilità strutturale, stabilità chimica capacità di supportare il trasferimento di carica tra stati di difetto coefficienti elettro-ottici elevati Richiesta di migliori qualità del materiale

7 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Attività di ricerca Studio dei fenomeni di trasporto e localizzazione di carica generata per irraggiamento ottico in sistemi ABO 3 eventualmente drogati e degli effetti di tale irraggiamento sulle proprietà ottiche lineari e nonlineari con lo scopo di comprensione e controllo dei meccanismi Studio della fattibilità di strutture periodiche 1D, 2D e 3D, di guide d’onda e microstrutture in genere su substrati cristallini di LiNbO 3 o altri ossidi ferroelettrici mediante irraggiamento laser al femtosecondo nella zona spettrale di trasparenza Caratterizzazione delle proprietà strutturali, ottiche ed elettroniche di substrati di OF ABO 3 al variare delle stechiometria, dei droganti … Come? P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

8 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Attività sperimentale Non si può certo pensare di fare tutta “in casa”… COLLABORAZIONI Ba 1-x Ca x TiO 3 K 1-x Li x Ta 1-y Nb y O 3 LiNbO 3  Organiche ed interne al Dipartimento – Unipv (Azzoni - Degiorgio)  Esterne nazionali ed internazionali P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

9 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv INOA Firenze C.n.r. IMM Bo UniPd – Dip. Fisica C.n.r. Ist. di Cibernetica NA Collaborazioni nazionali e internazionali Saes Getter S.p.a. Avanex 2 Co. A.F. Ioffe Physical & Technical Institute – S.Petersburg – RU Material physics department – UA Madrid - E Fachbereich Physik, University of Osnabrueck - DE Institute of Physics, AS CR, Prague RC Dept of Mat. Science, Ukrainian Acad.of Sciences, Kiev, Uk

10 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Spettroscopia Raman e micro-Raman Misure di fotoconducibilità, correnti termostimolate, correnti fotogalvaniche Assorbimento, fotoluminescenza e termoluminescenza Birifrangenza, rotazione Faraday P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Al variare di T,, E, H …

11 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Attività collaterali studio delle proprietà strutturali di ossidi per applicazioni nel campo della sensoristica  CHIFIS UNIPV beni culturali  studio di reperti archeologici e oggetti d’arte sia per la datazione che per lo studio delle procedure di restauro  Azzoni studio di sistemi geologici (inclusioni fluide) per la valutazione del paleoclima e dei depositi di idrocarburi  Scienza della Terra UNIPV P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Le competenze e la strumentazione disponibili e gli interessi scientifici permettono di occuparsi anche di altre tematiche

12 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Venite a visitare i laboratori! Piano Cantina Piano Cantina (Lato ascensori) qui sotto P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Per discutere in dettaglio delle possibilità di tesi… Pietro Galinetto Enrico Giulotto Francesco Rossella Giorgio Samoggia

13 Peculiarità della tecnica: i Peculiarità della tecnica: irraggiamento nella regione di trasparenza  maggiore lunghezza di penetrazione elevatissime intensità di picco  assorbimento multifotonico possibilità di ionizzazione a valanga il trasferimento di energia è confinato nel volume focale Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Possibili effetti: Variazioni d’indice di rifrazione per effetto fotorifrattivo/stress/ modifiche strutturali Ablazione - danno ottico Femto-scrittura V. Degiorgio D. Grando

14 Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv Femto-scrittura Scrittura laser di guide d’onda in geometria trasversale e longitudinale Reticoli scritti con impulsi ultrabrevi (100fs) per interferenza in materiali vetrosi Applied Surface Science 197 (2002) 688, M. Hirano et al.


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