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

Ossidi ferroelettrici : Perovskiti ABO3 dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Ossidi ferroelettrici : Perovskiti ABO3 Fe Cr Mg Cu Hf V … LiNbO3 LiTaO3 LiNbO3/LiTaO3 K1-xLixTa1-yNbyO3 Ba0.77Ca0.23TiO3 BaTiO3 SrTiO3 KNbO3 KTaO3 P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

Perché sono interessanti e come vengono utilizzati? Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Perché sono interessanti e come vengono utilizzati? Il limite nella trasmissione elettronica dei dati è raggiunto e un ulteriore passo in avanti richiede reti di comunicazione completamente ottiche. “...LiNbO3 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....” guide d’onda reticoli olografici filtri interferenziali e demoltiplicatori di lunghezza d’onda Materiali ferroelettrici memorie olografiche di volume comportano notevoli vantaggi ed opportunità uniche per la tecnologia ottica. Ad esempio nel campo dei tempi di accesso al dato ~1ms 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 P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

L’effetto fotorifrattivo Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica 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 + - Un materiale fotorifrattivo è fotoconduttivo ed elettro-ottico 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

L’effetto fotorifrattivo Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica 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 Un materiale fotorifrattivo è fotoconduttivo ed elettro-ottico 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

Perchè attività di ricerca? Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Perchè attività di ricerca? Scienza dei Materiali Richiesta di migliori qualità del materiale Fotonica Dispositivi stabilità strutturale, stabilità chimica capacità di supportare il trasferimento di carica tra stati di difetto coefficienti elettro-ottici elevati 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

Come? Attività di ricerca Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Attività di ricerca Caratterizzazione delle proprietà strutturali, ottiche ed elettroniche di substrati di OF ABO3 al variare delle stechiometria, dei droganti … Studio dei fenomeni di trasporto e localizzazione di carica generata per irraggiamento ottico in sistemi ABO3 eventualmente drogati e degli effetti di tale irraggiamento sulle proprietà ottiche lineari e nonlineari con lo scopo di comprensione e controllo dei meccanismi Come? Studio della fattibilità di strutture periodiche 1D, 2D e 3D, di guide d’onda e microstrutture in genere su substrati cristallini di LiNbO3 o altri ossidi ferroelettrici mediante irraggiamento laser al femtosecondo nella zona spettrale di trasparenza P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

LiNbO3 Ba1-xCaxTiO3 Attività sperimentale COLLABORAZIONI Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Attività sperimentale Non si può certo pensare di fare tutta “in casa”… COLLABORAZIONI Organiche ed interne al Dipartimento – Unipv (Azzoni - Degiorgio) Esterne nazionali ed internazionali LiNbO3 Ba1-xCaxTiO3 K1-xLixTa1-yNbyO3 P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

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

Spettroscopia Raman e micro-Raman 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 Al variare di T, l, E, H … P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Attività collaterali Le competenze e la strumentazione disponibili e gli interessi scientifici permettono di occuparsi anche di altre tematiche 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

Venite a visitare i laboratori! Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Venite a visitare i laboratori! Pietro Galinetto Enrico Giulotto Francesco Rossella Giorgio Samoggia Piano Cantina (Lato ascensori) qui sotto Per discutere in dettaglio delle possibilità di tesi… 022 020 018 P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

Femto-scrittura Possibili effetti: Ossidi Ferroelettrici: dalla Scienza dei Materiali alla Fotonica Femto-scrittura V. Degiorgio D. Grando 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 Possibili effetti: Variazioni d’indice di rifrazione per effetto fotorifrattivo/stress/ modifiche strutturali Ablazione - danno ottico P. Galinetto 1 Aprile 2004 Dip. Fisica “A. Volta” UniPv

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