Eugenio Calandrini - Dipartimento di Fisica
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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 25/30 29/30 27/30 27/30 30/30 30/30 30/30 27/30 30/30 30/30 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.
