FISICA DEI DIELETTRICI – 6 cfu
A. Paleari
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Programma:
il corso si propone di fornire le basi per comprendere l’origine delle proprietà funzionali che si
manifestano quando la risposta del materiale ai campi elettromagnetici non coinvolge in
maniera determinante fenomeni di conduzione di portatori di carica liberi. Si intende pertanto
introdurre gli elementi necessari per analizzare quei fenomeni di polarizzazione che, a seconda
dell’intervallo di frequenze considerato e con modalità legate strettamente alla struttura di
aggregazione del materiale, danno luogo alla vasta gamma di funzionalità dei dielettrici
utilizzate nei campi delle comunicazioni in fibra ottica, della microelettronica, dell’ottica
integrata, della sensoristica, dell’optoelettronica e dei dispositivi ottici non lineari.
Gli argomenti trattati si inseriscono nelle seguenti tematiche:
RICHIAMI
Risposta dielettrica in assenza di eccitazioni
polarizzazione, conduzione ac, conduzione per hopping
Eccitazioni elementari nei dielettrici in funzione della frequenza
risposta complessa, lineare e non lineare
VETRI E CRISTALLI: IL RUOLO DELLA STRUTTURA NELLA RISPOSTA DIELETTRICA
Materiali amorfi
Descrizione del disordine e regole di ordinamento
ordine spaziale e disordine cellulare, ordine chimico e disordine topologico
Commenti sulla relazione tra disordine e entropia nei materiali
Quantificazione del disordine tramite parametri d’ordine a lungo e a corto raggio
Altri esempi di descrizioni del disordine: modello di Bernal, i poliedri di Voronoi
Il modello di Continuous Random Network per amorfi a bassa coordinazione
La statistica degli anelli di coordinazione – la funzione di distribuzione radiale
Effetti del disordine sulla risposta dielettrica
caratteristiche di universalità in assenza di eccitazioni
ruolo dei fenomeni percolativi nei processi di hopping
Effetti del disordine sulle proprietà ottiche
Analisi della coda di Urbach – contributi statici e dinamici al gap ottico
Effetti sulle transizioni tra stati localizzati
Transizioni ottiche in difetti di punto e ioni otticamente attivi
Effetti spettroscopici della distribuzione disomogenea dei parametri
Accoppiamento elettrone-fonone - fattore di Huang-Rhys
Effetti di campo cristallino - diagrammi di Tanabe-Sugano - L’approccio di Judd-Ofelt
Materiali cristallini
Ruolo della simmetria nei fenomeni di polarizzazione
Noncentrosimmetricità:cristalli piezoelettrici, piroelettrici e ferroelettrici
Modello anarmonico della risposta di polarizzazione in un dielettrico
Nonlinearità del secondo ordine – generazione di seconda armonica - Maker fringes
Nonlinearità del terzo ordine – dispersione e dissipazione non lineare
DIELETTRICI NANOSTRUTTURATI
Nanocristalli in vetri – processi di energy transfer e fenomeni di trasporto
Processi di funzionalizzazione: fotorefrattività in vetroceramici
Nonlinearità in dielettrici non cristallini – thermal e laser poling
APPLICAZIONI OTTICHE DEI DIELETTRICI
Fibre ottiche e guide d’onda passive e attive
Dispositivi emettitori di luce - strategie di ottimizzazione
Optolettronica: modulatori e interruttori ottici
Materiali per laser e per generazione d’armoniche
Libri di testo:
- J. Garcia Solé, L.E. Bausà e D. Jaque, "Optical spectroscopy of Inorganic Solids", Wiley
- materiale bibliografico fornito dal docente
Modalità esame: prova orale
