Ai fini della pubblicazione.
Eugenio Calandrini
Curriculum vitae
Dati anagrafici
Nascita: Roma, 22 luglio 1989
Nazionalità Italiana
Titoli di studio
, Università degli Studi, Roma “Sapienza”,
2014
Laurea Magistrale in Fisica
votazione 110/110 e lode.
2012
Laurea Triennale in Fisica , Università degli Studi, Roma “Sapienza”,
votazione 103/110.
2009
Maturità scientifica
votazione 93/100.
, Liceo Scientifico Statale “Amedeo Avogadro”, Roma,
Lingue
Italiano
Inglese
Eccellente
Buono
Conoscenze informatiche
Sistemi MacOS, Unix/Linux, Windows Linguaggi C
Programmi Microsoft Office, Open Office
Allegati
1 Sommario della tesi di laurea magistrale in Fisica della Materia
2 Esami sostenuti nel corso di laurea magistrale in Fisica della Materia
3 Pubblicazioni
Madrelingua
Allegato 1: Sommario della tesi di laurea magistrale in Fisica
della Materia
Titolo:
Spettroscopia Infrarossa di Nanoantenne Plasmoniche realizzate in Germanio
Relatore:
Michele Ortolani
Data esame:
22 gennaio 2014
Sommario
Le equazioni di Maxwell applicate all’interfaccia tra un metallo ed un dielettrico
prevedono la propagazione di onde elettromagnetiche superficiali in cui il campo
risulta confinato nella direzione ortogonale alla superficie in una zona di dimensione
molto minore della lunghezza d’onda. Tali campi sono sostenuti da modulazioni della
densità di carica del plasma di elettroni liberi in cui gli ioni positivi del metallo non
giocano altro ruolo che il mantenimento dell’elettroneutralità. In questo regime, la
densità degli elettroni si increspa sulla superficie, in maniera analoga alle onde sulla
superficie del mare, e la funzione dielettrica del gas di elettroni definisce le proprietà
elastiche del mezzo. La quantizzazione di queste eccitazioni origina quasi particelle
chiamate plasmoni. Il problema del confinamento dei campi elettromagnetici in
regioni di dimensioni più piccole della lunghezza d’onda, basato sui processi di
interazione tra la radiazione elettromagnetica e gli elettroni di conduzione sulla
superficie di una interfaccia metallica e in piccole nanostrutture, è l’oggetto di studio
della plasmonica.
Si può dimostrare che il confinamento del campo è massimo quando la frequenza
elettromagnetica è circa uguale alla frequenza di plasma del metallo, ovvero nel
regime in cui il plasma di elettroni non risponde più perfettamente in fase con la
radiazione incidente. Tale frequenza si trova per quasi tutti i metalli a frequenze
ottiche. Vincolando opportunamente il moto degli elettroni liberi in nanostrutture
bidimensionali di geometria ben definita, è possibile ricreare distribuzioni di carica e
corrente superficiali simili a quelle che si instaurano in un’antenna convenzionale per
le radio frequenze, in modo da confinare la luce in uno spazio fisico tridimensionale di
dimensioni molto minori della lunghezza d’onda (un nano-fuoco). Si vengono dunque
a creare delle vere e proprie antenne ottiche, per cui però non è possibile utilizzare
lo stesso linguaggio usato dagli ingegneri elettronici per le antenne a radiofrequenza,
poiché esso è solidamente ancorato all’approssimazione di conduttore perfetto, in
cui gli elettroni rispondono perfettamente in fase con il campo elettromagnetico.
Sebbene alcuni fenomeni plasmonici siano stati osservati da tempo, le nanoantenne
ottiche sono state realizzate solo ultimamente, in quanto le nanostrutture utilizzate
per manipolare la luce devono avere dimensioni caratteristiche molto minori della
lunghezza d’onda della radiazione. Dunque, per la luce visibile è categorico fabbricare
antenne con lunghezze caratteristiche dell’ordine di pochi nanometri, il che richiede
un’estrema a dabilità delle più moderne tecniche nanolitografiche, che non è sempre
possibile ottenere. Al tempo stesso però, i materiali di partenza che hanno la propria
frequenza di plasma nell’intervallo spettrale del visibile sono di facile reperibilità,
come ad esempio l’oro, l’argento ed il rame. La situazione è totalmente invertita
nell’intervallo del medio infrarosso (lunghezze d’onda da 2 a 20 µm), dove si trovano
le transizioni vibrazionali delle molecole biologiche. Questo fatto rende la plasmonica
nel medio infrarosso di grande interesse sia fondamentale (quantum biology) che
applicativo (biosensori). Nel medio infrarosso i vincoli sulle dimensioni dei dispositivi
divengono meno stringenti, ma insorge il problema dell’assenza di materiali di
partenza con frequenze di plasma in questo ampio intervallo.
Scopo di questo lavoro è dimostrare sperimentalmente che i semiconduttori fortemente drogati, in particolare il germanio drogato per elettroni, possono essere usati
per sintetizzare artificialmente un materiale di partenza per la plasmonica nel medio
infrarosso. Come risultato finale si dimostrerà l’esistenza di risonanze plasmoniche
in nanoantenne fabbricate a partire da film epitassiali di germanio.
Gli scenari che si aprirebbero con un reale controllo al di sotto della lunghezza d’onda
della radiazione nel medio infrarosso sarebbero varie e mutevoli: la possibilità di
misurare lo spettro vibrazione di una singola molecola porterebbe ad una ridefinizione
dell’interazione luce-materia, non più basata su fondamenti statistici; un estensione
dell’intervallo di funzionamento della fotonica integrata; e un notevole aumento
delle prestazioni dei sensori di biomolecole, con immediate applicazioni in campo biomedico.
Allegato 2: Esami sostenuti nel Corso di laurea magistrale in
Fisica della Materia
Materia Condensata
Introduzione alla teoria dei processi stocastici ed applicazioni in fisica
Fisica dei solidi I
Meccanica Razionale
Laboratorio di Fisica
Fisica delle superfici e nanostrutture
Fisica computazionale della materia
Meccanica quantistica relativistica
Superconduttività e Superfluidità
Meccanica statistica e fenomeni critici
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Allegato 3: Pubblicazioni
Titolo: Determination of the Free Carrier Concentration in Atomic-layer Doped Germanium
Thin Films by Infrared Spectroscopy
Autori: Eugenio Calandrini, Michele Ortolani, Alessandro Nucara, Giordano Scappucci,
Giovanni Capellini, Luciana Di Gaspare, Monica de Seta and Leonetta Baldassarre.
Abstract: Phosphorous doping of germanium is recently attracting strong interest because
novel silicon photonics applications require unprecedentedly high n-type doping
levels. In this work we measure by infrared re ectance spectroscopy the free-carrier
density in n-type doped germanium thin films, grown on both germanium and
silicon wafers. An in-situ atomic-layer deposition process allows for the formation
of atomically abrupt phosphorous delta layers in a pure germanium matrix. We
demonstrate that the conventional Drude model of the electrodynamic response
of free carriers in metals can be adapted to describe the present material formed
by stacking of two-dimensional atomic layers of dopants. The plasma frequencies,
scattering rates, and complex permittivities are extracted for samples with di erent
free carrier concentration. We found that in this way it is possible to increase the
electron density beyond the value corresponding to the solubility limit of phosphorous
in bulk germanium of 5 × 1019 cm-3.
