nanophotonics curriculum

Programma Introduzione: cos’e’ la nanofotonica Alcuni esempi Cosa facciamo a Trento Programma curriculum alcuni esempi di tesi

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From www.nano.gov

What is Nanophotonics? Science of Light-Matter Interaction at Nanometer scale (< 1 micron to ≥ 1 nm)

What is nanophotonics? Nanoscience/nanotechnology: creation of useful/functional materials and devices through control of matter on the nanometer length scale and exploitation of novel phenomena and properties at that length scale Photonics is the technology and science of light generation, handling and control nanotechnology photonics Self-assembly photodetectors sputtering Left-handed materials PECVD Quantum dots modulators MEMS plasmonics TEM biomimetics switches Photonic crystals Plasma etching:RIE,ICP Photonic crystal fibers NSOM Simple graph to Add/drop filters SEM Carbon nanotubes Lasers/LEDs AFM X-ray lithography MBE sensors polymers Nanophotonics is the interface between the two with optical materials patterned on wavelength-size scales or smaller.

Nanophotonics: defined by its applications communications technology lasers solid-state lighting data storage lithography (bio-)sensors optical computers solar cells light-activated medical therapies displays smart materials Kenniseconomie Large interest from industry in fundamental research on nanophotonics Nanophotonics is a unique part of physics/chemistry/materials science because it combines a wealth of scientific challenges with a large variety of near-term applications.

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Optical fiber core cladding shielding

Optical fiber: long distance communication

Length scales in photonics 1 mm km 5 m 10 m 1 m = 

Merging optics and electronics requires nanoscale optics Photonics Electronics frequency size 1 mm 10 GHz 40 nm

Planar optical waveguide Si high index low index 1 mm

Photonic integrated circuits on silicon SiO2/Al2O3/SiO2/Si 1 mm Al2O3 technology by M.K. Smit et al., TUD

Optical clock distribution on a Si microprocessor Photonics on silicon Intel Website

Computer interconnects hierarchy Mihail M. Sigalas, Agilent Laboratories, Palo Alto, CA http://www.ima.umn.edu/industrial/2002-2003/sigalas/sigalas.pdf

Nanophotonics examples: light trapping in solar cells by metal nanoparticles http://www.erbium.nl/

Nanophotonics examples: large-area fabrication of photonic nanostructures Marc Verschuuren, Philips Research

Nanophotonics examples: Light emission from quantum dots

Nanophotonics examples: Energy transfer in quantum dot / Er system

Nanophotonics examples: Controlled spontaneous emission in photonic crystals Willem Vos

Examples of Nanophotonics Iridescent colors on butterfly wings are due to Photonic-Crystals. i.e. Stacks of Nanoscale Gratings

Metal Nanoparticles Enhance Raman Scattering Signals by several orders of magnitude This Effect is called Surface Enhanced Raman Scattering (SERS)

Bioimaging with Nanoparticles Nanoparticles are also used for bioimaging by non-optical techniques like Magnetic Resonance Imaging (MRI), Radioactive Nanoparticles as tracers to detect drug pathways or imaging by Positron Emission Tomography (PET), and Ultrasonic Imaging. For MRI, the magnetic nanoparticles could be made of oxide particles which are coated with some biocompatible polymer. Newer Nanoparticle Heterostructures have been investigated which offer the possibility of imaging by several techniques simultaneously. An example is Magnetic Quantum Dot.

Programma Introduzione: cos’e’ la nanofotonica Alcuni esempi Cosa facciamo a Trento Programma curriculum alcuni esempi di tesi

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Nanoscience Laboratory Silicon laser Optical amplifier Metamaterials Photonic black holes Nonlinear optics Photovoltaics Organic/inorganic hybrids Biophotonics Optical sensors

NL LABORATORY FONDAZIONE BRUNO KESSLER CENTRO CNR AZIENDE UNIVERSITA’ E LABORATORI ITALIANI CENTRO CNR UNIVERSITA’ E LABORATORI INTERNAZIONALI AZIENDE

European project Photonics and electronics convergence in silicon

European project Photonics and electronics convergence in silicon P type Poly - silicon N type Poly - silicon ~200 nm ~50 nm SiO2 SRO

European project Photonics and electronics convergence in silicon

Grandi progetti PAT Un microchip per la proteomica

Grandi progetti PAT Un microchip per la proteomica

Grandi progetti PAT Un microchip per la proteomica

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Progetto europeo Rete ottica su di un chip

Progetto europeo Rete ottica su di un chip L … 8 R

Progetto europeo Fotovoltaico di terza generazione

Progetto europeo Fotovoltaico di terza generazione

Progetto europeo Rifrazione and riflessione in sistemi dielettrici in moto

Progetto europeo Rifrazione and riflessione in sistemi dielettrici in moto

General scheme LAUREA MAGISTRALE Corsi obbligatori per tutti gli orientamenti: Nuclear and Subnuclear Physics (Advanced) (6 cfu) Physics of Matter (Advanced) (6 cfu) Experimental Methods (Advanced) (6 cfu) Quantum Mechanics (Advanced) (6 cfu) Statistical Mechanics (Advanced) (6 cfu) Corsi obbligatori degli orientamenti facenti parte del percorso Experimental Physics: Experimental Physics (Advanced) (6 cfu) 1 corso a scelta fra: Advanced Electronics Laboratory (6 cfu) Laboratory of Condensed Matter (6 cfu) Laboratory of Energy conversion processes (6 cfu) Photonics (6 cfu) I corsi relativi agli orientamenti per un totale di 24 crediti sono suggeriti da specifici gruppi di ricerca Lo studente completa il proprio percorso formativo con i seguenti corsi/attività comuni ad entrambi i percorsi: corsi a scelta libera (12 cfu) attività di tesi (39 cfu); attività formative relative alla conoscenza della Lingua Inglese focalizzata principalmente sulla  qualità della comunicazione dell'attività scientifica (3 cfu).

Primo anno Secondo anno Primo semestre Secondo semestre mandatory - Statistical mechanics - Optoelectronics - Quantum Optics - Experimental Physics (advanced) - Photonics - Advanced Photonics laboratory Thesis Choice B (one) - Solid State Physics - Optical spectroscopy Choice C (two) - Experimental methods in experimental science Laboratory of Advanced Electronics Physics of Materials (Advanced) Data analysis Methods 5 courses

Primo anno Secondo anno Primo semestre Secondo semestre mandatory - Statistical mechanics - Optoelectronics - Quantum Optics - Experimental Physics (advanced) - Photonics - Advanced Photonics laboratory Thesis Choice B (one) - Solid State Physics - Optical spectroscopy Choice C (two) - Experimental methods in experimental science Laboratory of Advanced Electronics Physics of Materials (Advanced) Data analysis Methods 5 courses

Primo anno Secondo anno Primo semestre Secondo semestre mandatory - Statistical mechanics - Optoelectronics - Quantum Optics - Experimental Physics (advanced) - Photonics - Advanced Photonics laboratory Thesis Choice B (one) - Solid State Physics - Optical spectroscopy Choice C (two) - Experimental methods in experimental science Laboratory of Advanced Electronics Physics of Materials (Advanced) Data analysis Methods 5 courses

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Mattia Mancinelli Christian Schuster Elisa Borga Giuliana Fugaro Caratterizzazione di sequenze di risonatori accoppiati in ottica integrata in silicio Christian Schuster Fabbricazione e caratterizzazione di celle fotovoltaiche a nanocristalli di silicio Elisa Borga Generazione di seconda armonica in guide d’onda a silicio sotto strain Giuliana Fugaro Caratterizzazione del layer fotonico in un chip per la rilevazione di proteine