Laurea Magistrale in Fisica Corso di Laboratorio di Fisica - a.a. 2009/10 Proposta di esperienza di laboratorio Tecniche ottiche risolte in tempo per l’analisi non distruttiva dei materiali l’analisi non distruttiva dei materiali Proponenti: Prof. Corrado de Lisio Prof. Giampiero Pepe Dr. Loredana Parlato

Sommario SpettroscopiaSpettroscopia Ottica Ultraveloce (UOS) ApplicazioniApplicazioni MetalliMetalli SemiconduttoriSemiconduttori ManganitiManganiti SuperconduttoriSuperconduttori MaterialiMateriali innovativi DescrizioneDescrizione dell’esperimento ProspettiveProspettive future

Strumentazione e tecniche impiegate Laser Ti:Sa con mode-locking, durata degli impulsi: 100 fs; potenza media: 600 mW, = 800 nm; cadenza degli impulsi: 82 MHzLaser Ti:Sa con mode-locking, durata degli impulsi: 100 fs; potenza media: 600 mW, = 800 nm; cadenza degli impulsi: 82 MHz Rivelatore: fotodiodo veloce (125 MHz)Rivelatore: fotodiodo veloce (125 MHz) Linea di ritardo ottica programmabileLinea di ritardo ottica programmabile Oscilloscopio digitaleOscilloscopio digitale Amplificatore lock-inAmplificatore lock-in Strumentazione ed acquisizione dati controllate da computer (LabView)Strumentazione ed acquisizione dati controllate da computer (LabView) Elaborazione dei dati (Microcal Origin)Elaborazione dei dati (Microcal Origin)

Impegno richiesto Circa 40 h:Circa 40 h: 4 h: introduzione alle problematiche 4 h: introduzione alle problematiche 2 h: guida alle norme di sicurezza 2 h: guida alle norme di sicurezza 4 h: familiarizzazione con la strumentazione e le tecniche di misura 4 h: familiarizzazione con la strumentazione e le tecniche di misura 20 h: realizzazione delle misure 20 h: realizzazione delle misure 10 h: analisi dei dati 10 h: analisi dei dati

Spettroscopia Ottica Ultraveloce Dinamiche elettroniche in semiconduttoriDinamiche elettroniche in semiconduttori Diffusione elettrone-elettrone ed elettrone-fononeDiffusione elettrone-elettrone ed elettrone-fonone Trasporto elettronicoTrasporto elettronico Effetti coerentiEffetti coerenti Confinamento quantico in semiconduttori ed eterostruttureConfinamento quantico in semiconduttori ed eterostrutture Correlazioni a molti corpi nelle distribuzioni dei portatori generati in seguito ad assorbimento di luceCorrelazioni a molti corpi nelle distribuzioni dei portatori generati in seguito ad assorbimento di luce Natura dei processi di interazione e–e ed e–p in metalli convenzionali (Au, Ag)Natura dei processi di interazione e–e ed e–p in metalli convenzionali (Au, Ag) Dinamiche dei portatori e delle quasi-particelle nei semiconduttoriDinamiche dei portatori e delle quasi-particelle nei semiconduttori

Dinamiche ultraveloci nei metalli

Unpairedelectrons Cooper pairs (T<Tc) energy gap (  ) Photon absorption (h   ) UnpairedElectrons(quasi-particles) Cooper pairs  Pair breaking e-e and e-p scattering produces many quasi-particles with energy > 2  Relaxation Dinamiche ultraveloci nei superconduttori

L’assorbimento di fotoni modifica la funzione di distribuzione elettronica L’assorbimento di fotoni modifica la funzione di distribuzione elettronica Alterazione della funzione dielettrica:  (t) =  1 (t)+ i  2 (t) Alterazione della funzione dielettrica:  (t) =  1 (t)+ i  2 (t) Si modificano le proprietà ottiche del materiale: Si modificano le proprietà ottiche del materiale: Dove   R,T Transient thermo-reflectance (TTR) or thermo-transmittance (TTT)

The experimental setup amplifier Lock-in amplifier Millennia Tsunami Modulation monitor Wavelength = 750 820 nm Pulse duration = 90 fs Pulse energy = 9 nJ Rep. Rate = 82 MHz Avg. Power = 700 mW Polarizingbeamsplitter Acousto-opticmodulator PBS AOM PBS Sample

Prospettive future Misure su manganiti e materiali innovativi (nanoparticelle metalliche in matrici polimeriche, nanotubi di carbonio, etc. etc.)Misure su manganiti e materiali innovativi (nanoparticelle metalliche in matrici polimeriche, nanotubi di carbonio, etc. etc.) Caratterizzazione ultraveloce delle dinamiche di spin (TR-MOKE)Caratterizzazione ultraveloce delle dinamiche di spin (TR-MOKE) Misure con risoluzione spettrale (generazione di luce bianca per il probe e uso di un amplificatore parametrico)Misure con risoluzione spettrale (generazione di luce bianca per il probe e uso di un amplificatore parametrico)