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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
SCIENZA DEI MATERIALI
Insegnamento
STRUTTURA E DINAMICA DELLE SUPERFICI
SCO2045510, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
SCIENZA DEI MATERIALI
SC1174, ordinamento 2015/16, A.A. 2019/20
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Curriculum Percorso Comune
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese SURFACES STRUCTURE AND DYNAMICS
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Scienze Chimiche
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile MAURO SAMBI CHIM/03
Altri docenti FRANCESCO SEDONA CHIM/03

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Discipline fisiche e chimiche CHIM/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
ESERCITAZIONE 1.0 10 15.0
LEZIONE 5.0 40 85.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2015

Syllabus
Prerequisiti: Corsi della Laurea in Scienza dei Materiali, con particolare riferimento ai contenuti dei corsi di Fisica 2, Chimica Fisica 2, Chimica Inorganica e dello Stato Solido, Struttura dei Solidi, Fisica dello Stato Solido.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il corso fornisce le basi per una comprensione del ruolo delle superfici nel determinare le proprietà dei materiali e delle nanostrutture, con particolare riferimento alla produzione di aggregati funzionali supportati su superfici inorganiche. Saranno introdotte le necessarie nozioni di chimica e struttura delle superfici e verranno considerati i fattori termodinamici e cinetici che possono favorire od ostacolare l’auto-organizzazione atomica e molecolare di superficie. Si considereranno quindi le principali classi di strutture bidimensionali self-assembled supportate, i relativi metodi di preparazione e le principali tecniche di caratterizzazione morfologica, strutturale, elettronica e funzionale degli aggregati. Verranno approfondite le tecniche di caratterizzazione strutturale di superficie che fanno uso di luce di sincrotrone.
Modalita' di esame: Prova orale della durata di 30-40 min, consistente nella discussione di tre argomenti. Il primo è scelto dallo studente, gli altri due vengono proposti dai docenti.
Criteri di valutazione: Criteri di valutazione della prova orale sono la capacità di esposizione di un argomento a scelta, il rigore quantitativo nelle dimostrazioni, il grado di approfondimento degli argomenti, la capacità di istituire nessi tra argomenti diversi trattati nel corso.
Contenuti: Introduzione alla chimica delle superfici, necessità dell’ultra-alto vuoto. Energia libera di superficie (gamma), tensione superficiale. Modalità di crescita epitassiale. Cristalli: reticoli di Bravais, celle unitarie, indici di Miller. Anisotropia di gamma nei solidi cristallini. Metodo di Wulff per la determinazione della forma di equilibrio dei cristalli. Minimizzazione di gamma: rilassamento, ricostruzione, faceting. Superfici terminate bulk di elementi e composti: dipolo superficiale e autocompensazione. Superfici vicinali. Superstrutture: notazione di Wood e notazione matriciale. Strutture semplici, di coincidenza, incommensurate. Pattern di Moiré.

STM - principi e modalità di utilizzo: misure ad altezza e a corrente costante. Determinazione della funzione lavoro locale, spettroscopia di tunneling a scansione (STS). Current Imaging Tunneling Spectroscopy (CITS). Tecniche di nanomanipolazione. STM in soluzione ed elettrochimico. AFM. Esercitazioni sul software WSXM e/o su misure STM in remoto.

Cinetica di superficie: eventi microscopici di diffusione. Teoria della nucleazione di campo medio. Crescita dendritica alle basse temperature. Crescita frattale, crescita a isole compatte. Limite termodinamico di Wulff. Riduzione della dispersione dimensionale con Ostwald ripening. Crescita su substrati anisotropi: step decoration di superfici vicinali. Quantum wires su superfici fcc(110), quantum dots su ricostruzioni. Quantum dots su network di dislocazioni. Strati templanti di ossidi per la crescita di nanocluster metallici. Superreticoli 3D di quantum dots di semiconduttori.

Diffrazione di elettroni a bassa energia (LEED). Approccio cinematico. Dall’immagine LEED alla periodicità nello spazio reale – conversione delle matrici. Presenza di domini. Esercitazioni col software LEEDpat. Diffrazione di elettroni ad alta energia a incidenza radente (RHEED).

Fisisorbimento e chemisorbimento. Trattazione pseudo-omogenea: isoterme. Isoterma di Langmuir per il chemisorbimento non dissociativo, dissociativo, competitivo. Isoterme BET, di Temkin, BLK, Freundlich, Fowler-Guggenheim, Hill-De Boer. Desorbimento: equazione di Polanyi-Wigner. Desorbimento termico programmato (TPD). Interpretazione degli spettri TPD.

Introduzione al self-assembly organico. Metodi di deposizione. Interazioni overlayer-substrato e inter-overlayer. Interazione O-S forte. Interazioni di VdW overlayer-substrato. Network supramolecolari vs covalenti. Strutture supramolecolaria ponti a idrogeno. Networks nanoporosi e basati sulla coordinazione di metalli. On-surface synthesis.

Luce di sincrotrone. Produzione: LINAC, booster, anello di accumulazione. Parametri caratterizzanti della sorgente. Brillanza spettrale. Proprietà della radiazione da magnete curvante: ampiezza spettrale, collimazione. Proprietà della radiazione da insertion device: ondulatori e wiggler. Dall'anello di accumulazione alla camera sperimentale - la beamline: specchi e monocromatori.

Fotoemissione ed emissione Auger. Analisi qualitative e quantitative. Il Chemical Shift. ARXPS. Applicazioni della luce di sincrotrone. Alta risoluzione energetica, temporale e spaziale (spettromicroscopia fotoelettronica). Variabilità dell'energia del fotone. Dipendenza delle sezioni d’urto di fotoemissione dall’energia del fotone. Uso dei minimi di Cooper. Diffrazione fotoelettronica angle scanned e energy scanned. Chemical shift photoelectron diffraction. Olografia fotoelettronica.

Cenni sull'assorbimento di raggi X: modalità di esecuzione dell’esperimento – assorbimento, fluorescenza, elettroni secondari. Cenni sull'assorbimento di raggi X: XANES, EXAFS, NEXAFS. Cenni al dicroismo magnetico lineare e circolare di raggi X.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Didattica frontale, esercitazioni in aula, visita didattica al sincrotrone Elettra (Trieste).
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Appunti e presentazioni powerpoint di lezione, articoli e review indicati dal docente.

http://www.chimica.unipd.it/mauro.sambi/pubblica/didattica.html
Testi di riferimento:
  • G. Somorjai, Y. Li, Introduction to Surface Chemistry & Catalysis. --: John Wiley & Sons, 2010. Cerca nel catalogo
  • K. Kolasinski, Surface Science. --: John Wiley & Sons, 2012. Cerca nel catalogo