Fisica dello stato solido: sistemi finiti, aggregati atomici, fullereni, proteine
A.A. 2021/2022
Learning objectives
Questo insegnamento tratterà i fondamenti e le applicazioni della fisica dello stato solido su scala nanometrica per la scienza di frontiera con particolare attenzione all'energia sostenibile e all'informatica. Gli argomenti che verranno discussi sono soluzioni su scala nanometrica per celle solari, tra cui plasmonica, confinamento quantistico, convertitori up e down e risonanze Mie. In relazione a ciò, verranno trattate la scienza e le applicazioni dei materiali bidimensionali. La scienza delle batterie è molto importante per l'energia sostenibile e quindi verranno discusse soluzioni su scala nanometrica rispetto allo stoccaggio di idrogeno e litio. Verrà trattata la nanoscala per l'informatica alternativa, come l'informatica quantistica e la spintronica. Oltre a questi fondamenti, le tecniche sperimentali, come la microscopia a effetto tunnel (STM), la microscopia elettronica a trasmissione (TEM), la spettroscopia ultraveloce con sonda a impulsi di femtosecondi, l'elettrochimica, la spettroscopia ottica, la spettroscopia in campo vicino, la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS ), moderne tecniche di sincrotrone come la struttura fine di assorbimento dei raggi X estesa (EXAFS). Tecniche di simulazione complementari come il dominio del tempo alle differenze finite (FDTD) saranno trattate e utilizzate per le esercitazioni.
Expected learning outcomes
Al termine dell'insegnamento gli studenti sapranno:
1) come le nanostrutture si applicano a celle solari di nuova concezione, stoccaggio/generazione di idrogeno/litio, calcolo quantistico e spintronica.
2) fisica dello stato solido sui semiconduttori e l'intercalazione idrogeno/litio
3) vari metodi tecnici per caratterizzare e comprendere questi nuovi nanomateriali
4) fare semplici simulazioni per capire il funzionamento di una cella solare di nuova concezione.
5) presentare e discutere informazioni sullo stato dell'arte sulle nanostrutture allo stato solido per celle solari di nuova concezione, stoccaggio e calcolo di idrogeno/litio
1) come le nanostrutture si applicano a celle solari di nuova concezione, stoccaggio/generazione di idrogeno/litio, calcolo quantistico e spintronica.
2) fisica dello stato solido sui semiconduttori e l'intercalazione idrogeno/litio
3) vari metodi tecnici per caratterizzare e comprendere questi nuovi nanomateriali
4) fare semplici simulazioni per capire il funzionamento di una cella solare di nuova concezione.
5) presentare e discutere informazioni sullo stato dell'arte sulle nanostrutture allo stato solido per celle solari di nuova concezione, stoccaggio e calcolo di idrogeno/litio
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Course syllabus and organization
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
In caso di emergenza tutte le lezioni saranno fornite da Zoom esattamente allo stesso orario. L'esame e le presentazioni degli studenti saranno poi forniti anche da Zoom.
Programma
Fisica dei semiconduttori, doping, giunzioni pn
Varie tecnologie di celle solari come giunzione singola e tandem
Fisica dello stato solido su nanoscala per celle solari, confinamento quantistico
Nuovi concetti per le celle solari: Plasmonica, confinamento quantistico, risonanze Mie / scattering
Simulazioni 1: simulazioni FDTD (finite Difference Time Domain) (Solutore Maxwell) di potenziamento plasmonico e dielettrico di celle solari
Materiali 2D per celle solari
perovskiti
Tecnologia delle batterie: intercalazione di idrogeno e litio
Elettrochimica delle batterie
Sistemi in nanoscala per batterie migliorate
Diffusione di idrogeno/litio
Conduttori di ioni allo stato liquido e solido
Tecniche di caratterizzazione: STM, TEM, XPS, EXAFS, spettroscopia UV-Vis, spettroscopia ultraveloce pump-probe
Simulazioni 2: Simulazioni XRD ed EXAFS per caratterizzare i nanomateriali
Q-bit per il calcolo quantistico: punti quantici, centri di difetto del diamante, nanofili
Spintronica: materiali magnetici su scala nanometrica, trasporto di spin, nano per spintronica
Dispositivi spintronici basati su semiconduttori
Varie tecnologie di celle solari come giunzione singola e tandem
Fisica dello stato solido su nanoscala per celle solari, confinamento quantistico
Nuovi concetti per le celle solari: Plasmonica, confinamento quantistico, risonanze Mie / scattering
Simulazioni 1: simulazioni FDTD (finite Difference Time Domain) (Solutore Maxwell) di potenziamento plasmonico e dielettrico di celle solari
Materiali 2D per celle solari
perovskiti
Tecnologia delle batterie: intercalazione di idrogeno e litio
Elettrochimica delle batterie
Sistemi in nanoscala per batterie migliorate
Diffusione di idrogeno/litio
Conduttori di ioni allo stato liquido e solido
Tecniche di caratterizzazione: STM, TEM, XPS, EXAFS, spettroscopia UV-Vis, spettroscopia ultraveloce pump-probe
Simulazioni 2: Simulazioni XRD ed EXAFS per caratterizzare i nanomateriali
Q-bit per il calcolo quantistico: punti quantici, centri di difetto del diamante, nanofili
Spintronica: materiali magnetici su scala nanometrica, trasporto di spin, nano per spintronica
Dispositivi spintronici basati su semiconduttori
Prerequisiti
Moduli obbligatori della Laurea triennale in fisica: Struttura della materia I, Elettromagnetismo
Metodi didattici
Lezioni frontali
Materiale di riferimento
materiale del docente
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
è prevista una prova orale di circa 20 minuti durante la quale verranno discussi vari argomenti (a caso) del corso. Gli studenti devono preparare una piccola relazione di circa 6 pagine su un argomento a loro scelta con una presentazione di 10 minuti.
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