FISICA DEI DIELETTRICI

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2015/2016
Anno di corso: 
1
Anno accademico di erogazione: 
2015/2016
Tipo di attività: 
Obbligatorio a scelta
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' didattica: 
42
Prerequisiti: 

Elettromagnetismo, Fisica dei Materiali

Moduli

Metodi di valutazione

Tipo di esame: 
Orale
Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Esame orale

Valutazione: 
Voto Finale

Obiettivi formativi

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.

Contenuti

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

Programma esteso

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

Bibliografia consigliata

J. Garcia Solé, L.E. Bausà e D. Jaque, "Optical spectroscopy of Inorganic Solids", Wiley
- materiale bibliografico fornito dal docente

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezione frontale