Analisi non distruttiva_de Lisio

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
Proponenti: Prof. Corrado de Lisio
Prof. Giampiero Pepe
Dr. Loredana Parlato
Sommario
• Spettroscopia Ottica Ultraveloce (UOS)
• Applicazioni
• Metalli
• Semiconduttori
• Manganiti
• Superconduttori
• Materiali innovativi
• Descrizione dell’esperimento
• Prospettive 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 MHz
• Rivelatore: fotodiodo veloce (125 MHz)
• Linea di ritardo ottica programmabile
• Oscilloscopio digitale
• Amplificatore lock-in
• Strumentazione ed acquisizione dati controllate da
computer (LabView)
• Elaborazione dei dati (Microcal Origin)
Impegno richiesto
• Circa 40 h:
• 4 h: introduzione alle problematiche
• 2 h: guida alle norme di sicurezza
• 4 h: familiarizzazione con la strumentazione e
le tecniche di misura
• 20 h: realizzazione delle misure
• 10 h: analisi dei dati
Spettroscopia Ottica Ultraveloce
• Dinamiche elettroniche in semiconduttori
•
•
•
•
Diffusione elettrone-elettrone ed elettrone-fonone
Trasporto elettronico
Effetti coerenti
Confinamento quantico in semiconduttori ed eterostrutture
• Correlazioni 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)
• Dinamiche dei portatori e delle quasi-particelle nei
semiconduttori
Dinamiche ultraveloci nei metalli
Dinamiche ultraveloci nei superconduttori
Unpaired
electrons
energy gap ()
Photon absorption
(h  )
Pair breaking
Cooper pairs (T<Tc)
Relaxation
Unpaired
Electrons
(quasi-particles)

Cooper pairs
e-e and e-p
scattering produces
many quasi-particles
with energy > 2
Transient thermo-reflectance (TTR)
or thermo-transmittance (TTT)
• L’assorbimento di fotoni modifica la funzione di
distribuzione elettronica
• Alterazione della funzione dielettrica: (t) = 1(t)+
i2(t)
• Si modificano le proprietà ottiche del materiale:
Dove   R ,T
Lock-in amplifier
Wavelength = 750  820 nm
Pulse duration = 90 fs Modulation
monitor
Pulse energy = 9 nJ
Rep. Rate = 82 MHz
Avg. Power = 700 mW
The experimental
setup
Sample
PBS
Polarizing
beamsplitter
PBS
Acousto-optic
AOM
modulator
Millennia
Tsunami
Prospettive future
• Misure su manganiti e materiali innovativi
(nanoparticelle metalliche in matrici polimeriche,
nanotubi di carbonio, etc. etc.)
• 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)