Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

L'approssimazione
di Born-Oppenheimer

Approssimazione
adiabatica.

L'approssimazione di Born Oppenheimer

Il
teorema di Hellmann-Feynman; Teorema di Epstein

Teoria
delle bande nei solidi

Teorema
di Bloch, boundary conditions

Metodo
variazionale, Metodo tight-binding e sue applicazioni

Onde-Piane
Ortgonalizzate, Pseudopotenziali
e

sviluppo in onde piane della Funzione d'onda

Metodi ab-initio

Equazione
di Hartree e Hartree Fock,Teorema di Koopmans ,
potenziale di scambio

Gas
elettronico omogeneo

Trasformata
di Fourier del potenziale coulombiano

Il gas
elettronico omogeneo con Hartree Fock

Approssimazione
di Slater, Approssimazione di Thomas Fermi

Derivate funzionali

La
teoria del Funzionale Densita'

Teorema
di Hohenberg e Kohn

Equazioni
di Kohn e Sham.

La
Local density Approximation. Il problema della gap in DFT.

Esempi
di applicazioni della DFT

Proprieta'
ottiche

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mso-fareast-font-family:"Courier

Biomateriali soffici: definizioni, polimeri funzionalizzati, colloidi.
Microstrutture e mesostrutture. Caratterizzazione di equilibrio e dinamica dei componenti in
fase gel: metodi reologici, spettroscopici, calorimetrici e di scattering. Teorie della gelazione.
Applicazioni: sostituti tissutali, agenti di contrasto per ultrasuoni, veicolatori per rilascio
controllato di farmaci.

A) Termodinamica delle interfasi. Energia libera d’eccesso: teoria di Chan-Hilliard. Superfici
dei solidi. Tensione superficiale. Teorema di Wulff. Fisisorbimento e Chemisorbimento.
Isoterme di adsorbimento. Cinetica di adsorbimento.

B) Funzione lavoro. Metodo di Kelvin per la misura del potenziale di contatto. Effetto
termoionico. Semiconduttori di tipo p ed n.

C) Classificazione delle transizioni di fase. Transizioni ordine-disordine nelle leghe binarie.

Approccio di Bragg-Williams. Calore specifico al punto di transizione. Cinetica delle
transizioni di fase. Processi di nucleazione e crescita. Teoria di Kolmogorov-Johnson-Mehl-
Avrami.

1) Materiali ceramici:

struttura della
ceramica: proprietà meccaniche e funzionali della ceramica del processo
ceramico: sintesi di polveri, formatura e sinterizzazione

2) Materiali compositi:

materiali polimerici
compositi a matrice (PMC): principali tipi di matrici e rinforzi
unidirezionali, fibre corte e compositi di particelle, modello micromeccanica
di compositi unidirezionali e di particelle, note sulla meccanica della
frattura, durezza, resistenza agli urti e alla fatica dei compositi, note su nanocompositi

note su compositi a matrice metallica (MMC): principali tipi
di matrici e rinforzi, principali proprietà MMC;

note su compositi a
matrice ceramica (CMC): principali tipi di matrici e rinforzi, principali
proprietà CMC;

3) Ingegneria Superficie:

termico-spruzzo-processi: tecniche principali:
plasma spray, flame spray, spray arc, sotto forma di rivestimento spruzzato
termica e le proprietà principali. Processi PVD e ​​CVD

4) Note sulla selezione dei materiali nella progettazione
meccanica (metodologia Ashby)

Il corso guida lo studente verso la conoscenza delle basi molecolari dei processi biologici che avvengono all’interno della cellula. Particolare attenzione è data allo studio delle macromolecole biologiche (lipidi, proteine, nucleic acids), della loro struttura e della loro funzione. Il corso prevede anche lo studio di alcuni processi metabolici, quali quelli che portano alla produzione di energia ed alla sintesi delle proteine, e la loro regolazione. Inoltre, sono trattati alcuni particolari argomenti quali la contrazione muscolare e la produzione di arti artificiali, il sistema sensoriale visivo, le basi biologiche dell’ingegneria tissutale, l’utilizzo di macromolecole biologiche (acidi nucleici e proteine) per la produzione di microchip (microarray).

Introduzione alla Scienza e alla Tecnologia su scala
Nanometrica, alle Tecniche di Superficie in Ultra Alto Vuoto e alla Struttura
delle Superfici Solide.

Le Tecniche di Microscopia a Scansione in particolare la
Microscopia a Scansione a Effetto Tunnel, La Microscopia a Forza Atomica e il
Microscopio Ottico a Scansione a Effetto di Campo Vicino. Sono individuati i
principi di funzionamento delle diverse tecniche atte all’acquisizione di
immagini topografiche e alla caratterizzazione spettroscopica con particolare
attenzione ai possibili artefatti della tecnica e alle tecniche di acquisizione
e analisi. Saranno illustrati alcuni dei principali risultati ottenuti con
queste tecniche.

La Microscopia Elettronica : in particolare in Trasmissione
(TEM) e in Scansione (SEM).

Le Tecniche spettroscopiche basate sull’utilizzo dei fasci
ionici quali il Cannone a Ioni Focalizzato (FIB) e le tecniche Ottiche
sensibili alla superficie (Epiottica) quali la Spettroscopia di Riflessione
Anisotropa (RAS) e la spettroscopia RAMAN .

Per finire uno sguardo alle moderne tecniche di litografia
su scala nanometrica quali la Nanolitografia basata sull’Autorganizzazione e la
Nanostrutturazione Artificiale e Naturale dei materiali e delle Nanostrutture.

Il corso comprende: lezioni teoriche, per lo studio dei
principi teorici di base, lezioni pratiche in laboratorio, per l’acquisizione
dell’uso delle diverse tecniche sperimentali ed infine una parte relativa
all’analisi dei dati registrati in laboratorio e alla stesura di relazioni
scientifiche.

ELEMENTI DI CRIOGENIA

Liquidi criogenici e diagrammi di fase. Macchine termiche e frigorifere. Raffreddamento
isoentropico ed isoentalpico. Effetto Joule-Thompson. Scambiatori di calore. Criostati ad elio.
Metodi si stoccaggio e trasferimento di liquidi criogenici. Grandezze termometriche e termometria a
basse temperature. Smagnetizzazione adiabatica. Cenni sulle proprietà dell’elio superfluido. Il
refrigeratore a diluizione.

SUPERCONDUTTIVITA’

Resistenza zero ed effetto Meissner, discontinuità nei calori specifici e gap di energia. Modello di
London e stato intermedio. Campo critico termodinamico. Lunghezza di penetrazione di London e
lunghezza di coerenza. Quantizzazione del flusso magnetico in anelli, spire e percorsi chiusi
superconduttori Approssimazione non locale di Pippard per i superconduttori del I tipo. Energia
superficiale negativa per i superconduttori del II tipo. Calcolo delle curve di magnetizzazione per i
superconduttori del II tipo sulla base del modello di London. Campo critico inferiore e campo
critico superiore. Lo stato misto, i vortici di Abrikosov e le simmetrie triangolari di distribuzione.
Teoria fenomenologica di Landau-Ginsburg e calcolo del campo critico superiore per i
superconduttori tipo II. Cenni al modello microscopico (BCS) della superconduttività. Tunnelling
superconduttivo, effetto Josephson, interferometri Josephson e SQUIDs . Superconduttori ad alta
temperatura di transizione (High Temperature Superconductors) : i cuprati (YBCO e BSCCO in
particolare) e la superconduttività come fenomeno a bassa dimensionalità . Struttura dei cuprati,
ruolo dei piani di CuO2 e dei blocchi di riserva di carica; anisotropia; effetti dell'anisotropia sul
campo magnetico critico; dimensionalità degli HTS.

Libri di testo e letture consigliate

1) Guy K. White “Experimental Techniques in Low Temperature Physics”, Clarendon, Oxford

1979; Frank Pobell “Matter and Methods at Low Temperatures” Springer, New York 2007

2) P. G. De Gennes “Superconductivity of Metals and Alloys” Benjamin, New York 1966 (2nd. ed. 1989); T. Van Duzer and C. W. Turner “Principles of Superconductive Devices and

Circuits”, Prentice Hall 1999.

3) Appunti dalle lezioni (copie delle trasparenze disponibili presso il Focal Point di Facoltà)

Introduzione alle Nanoscienze ed alle nanotecnologie : stato dell’arte e prospettiveNanomateriali e nanostrutture (0-D, 1-D e 2-D) .-quantum dots-nanoparticelle e nanopolveri-nanocapsule-materiali nanoporosi-nanofili e nanofibre-dendrimeri-film sottili Gli approcci : bottom-up e top-down.Tecniche di preparazione : sintesi chimiche , processi fisici, trattamenti post-sintesi, tecniche litografiche Caratterizzazioni, proprietà ed applicazioni di importanti classi di materiali, con particolare riferimento ai nanomateriali di Carbonio (grafene, fullereni, nanotubi, nanodiamante ) ed ossidi. Nanomateriali per sensoristicaNanomateriali per celle fotovoltaiche DSSC e plastiche