Materiali amorfi e materiali superconduttori: aspetti fondamentali e di interesse tecnologico

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

Il progetto è centrato sulla indagine sperimentale di due tipologie di materiali: il biossido di silicio amorfo comunemente chiamato silice e i superconduttori, scoperti recentemente, MgB2 e ReOFeAs. Tali materiali rivestono un ruolo di notevole rilevanza nella ricerca di base ed in numerose applicazioni tecnologiche, dall’ottica all’elettronica e alle telecomunicazioni.
Alcune proprietà della silice che ne determinano il largo impiego sono l’ottimo potere isolante e l’alta trasparenza in un ampio intervallo spettrale. L’interesse scientifico per la silice è dovuto anche al fatto che essa, data la sua semplice composizione chimica, costituisce un amorfo prototipo ampiamente diffuso in natura. Dal canto loro, i superconduttori a base di ReOFeAs e il superconduttore MgB2 sono attualmente oggetto di indagine e se ne stanno già esplorando le potenzialità applicative.
Il programma di ricerca riguardante la silice è principalmente rivolto alla caratterizzazione sperimentale delle sue proprietà strutturali ed elettroniche. E’ noto che tali proprietà sono influenzate dalla presenza di difetti di punto, presenti nel materiale sia per effetto dei processi di sintesi (difetti nativi) sia perché indotti da specifici trattamenti, come l’esposizione a radiazioni ionizzanti (UV, gamma, beta,…) o trattamenti termici. Il ruolo dei difetti di punto nelle applicazioni del materiale è duplice. Da un lato essi deteriorano le proprietà del materiale influendo sulla trasparenza e sulle caratteristiche dielettriche, dall’altro la formazione di difetti costituisce il mezzo per modificare in maniera controllata specifiche proprietà come l’indice di rifrazione. Nell’ambito del progetto di ricerca, l’indagine sarà principalmente rivolta allo studio dei meccanismi di generazione e di conversione dei difetti in materiali puri ed in materiali drogati ( con Ge, F, Sn, Ti ...) di interesse tecnologico. Al fine di chiarire la struttura microscopica dei difetti verranno investigate anche le proprietà degli stati elettronici ad essi associati. Inoltre, si studierà la relazione tra difetti e proprietà strutturali della matrice attraverso l’indagine di campioni con modifiche strutturali sia di “bulk” che di superficie.
Per quanto riguarda i materiali superconduttori, il programma prevede lo studio sperimentale della loro risposta a radiazione e.m. a frequenza di microonde, nel regime di alte e basse potenze d'ingresso. In particolare si effettueranno misure di impedenza superficiale e di emissione di onde armoniche. Questo studio permette di determinare la dipendenza dalla temperatura della densità di elettroni superconducenti, la corrente critica e la sua dipendenza dal campo magnetico. Inoltre, lo studio offre l'opportunità di misurare le dissipazioni di energia e di rivelare la presenza di effetti non lineari e fenomeni irreversibili, di fondamentale importanza per la realizzazione di dispositivi a superconduttore operanti a frequenze di microonde.

Layman's description

I principali obiettivi sono qui di seguito riassunti.
MATERIALI AMORFI. Il programma è suddiviso nei seguenti punti:
1) Proprietà degli stati elettronici. Verranno investigati i processi di eccitazione e di rilassamento degli stati elettronici di quei difetti, principalmente “dangling” O e Si e di-coordinato Si o Ge, che maggiormente caratterizzano le proprietà di assorbimento nel visibile e nell’UV della silice pura e drogata. Tale indagine verrà effettuata attraverso misure di assorbimento e di emissione in ampi intervalli spettrali, dall’IR all’ultravioletto da vuoto (VUV). Saranno anche eseguite misure risolte in tempo, fino a basse temperature (~ 4 K), con l’obiettivo di caratterizzare le proprietà di rilassamento dagli stati eccitati ed i processi che coinvolgono i moti vibrazionali della matrice.
2) Studio dei meccanismi di generazione di difetti di punto. Gli effetti dell’esposizione a radiazione gamma, beta e laser UV e di trattamenti termici in atmosfera controllata, saranno studiati combinando misure ottiche (assorbimento, luminescenza, Raman) e di risonanza magnetica elettronica, al fine di individuare sia processi di generazione che meccanismi di conversione di difetti.
3) Proprietà strutturali della silice. La variabilità dell’ordine a medio range presente in tipologie differenti di silice, sarà investigata attraverso misure dell’assorbimento intrinseco in VUV, misure IR, Raman e di risonanza magnetica elettronica. L’influenza delle proprietà strutturali della silice sui meccanismi di generazione e sulle caratteristiche dei difetti sarà investigata anche in particolari materiali costituiti da nanoparticelle di silice.
MATERIALI SUPERCONDUTTORI. L’attenzione sarà rivolta allo studio dei processi dissipativi a microonde nei superconduttori (SC) a base di ReOFeAs e nel MgB2. Per quanto riguarda i primi, sarà studiata la risposta a microonde nel regime lineare (potenza d’ingresso di pochi dBm) e nel regime non lineare (potenza d’ingresso > 20 dBm). Tale studio permetterà di i) determinare le perdite di energia a microonde in funzione del campo magnetico e della temperatura, ii) valutare il range di potenza in cui gli effetti non lineari, di fondamentale importanza per le applicazioni, sono significativi. Per quanto riguarda il SC MgB2, si intendono studiare le variazioni indotte dal campo magnetico nella resistenza superficiale di campioni di MgB2 drogati con Li e Al, con differente livello di drogaggio. Poiché il drogaggio modifica il rapporto tra i due gap superconduttivi, lo studio permetterà di comprendere come la dinamica dei flussoni è influenzata dalla variazione dei due gap. Si ha inoltre intenzione di continuare lo studio della risposta e.m. di una cavità risonante realizzata con MgB2 al variare della potenza d’ingresso, al fine di valutare l’entità degli effetti non lineari.

Le metodologie sperimentali utilizzate sono di seguito illustrate.
MATERIALI AMORFI. Varie tipologie di silice saranno prese in esame: a) silice di alta purezza di origine commerciale prodotta con differenti tecniche; b) silice fumed nanostrutturata; c) film di silice derivati da fumed silica; d) silice drogata con Ge prodotta con tecniche sol-gel, VAD, CVD. I campioni b) saranno disponibili grazie alla collaborazione con Degussa Novara Technology; i campioni c) grazie alla collaborazione con il N.N. Semenov Institute of Chemical Physics della Russian Academy of Sciences di Mosca, ed i campioni d) saranno forniti principalmente dal Dipartimento di Chimica Fisica di Pavia.
Saranno utilizzate diverse metodologie di spettroscopia: di assorbimento e di luminescenza stazionaria (IR, visibile, UV ed UV da vuoto), di luminescenza risolta in tempo (anche utilizzando radiazione di sincrotrone presso la facility DESY di Amburgo), Raman, di risonanza magnetica.
I materiali saranno esposti a diverse forme di irraggiamento: a) gamma (Dipartimento di Ingegneria Nucleare di Palermo; SCK-CE
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

Fingerprint

Esplora i temi di ricerca toccati da questo progetto. Queste etichette sono generate sulla base dei riconoscimenti/sovvenzioni sottostanti. Insieme formano una fingerprint unica.