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Fisica della Materia

La Fisica della Materia, o più propriamente Fisica dello stato condensato, studia la struttura atomica elettronica e molecolare dei materiali, in relazione alle loro proprietà fisiche macroscopiche. La materia è costituita da atomi e molecole. Le molecole, a loro volta, possono essere semplici, costituite da pochi atomi, o molto complesse, costituite da parecchie centinaia di atomi, come nel caso delle molecole biologiche. Le proprietà fisiche macroscopiche di un materiale sono, in ultima analisi, determinate dalle interazioni tra atomi e molecole, dalla loro disposizione relativa (struttura atomica) e dallo stato di aggregazione: solido, liquido gassoso.

Tali “aggregati” di atomi possono, a loro volta, essere microscopicamente estesi o in forma di piccole e piccolissime particelle fino a scale di pochi nanometri. Possono essere disposti a formare strati sottilissimi, anche monoatomici, o fili sottilissimi, al limite unidimensionali.

Comprendere le proprietà fisiche su scala atomica e come queste determinano poi le proprietà macroscopiche dei materiali, rappresenta un campo di ricerca vasto e affascinante che richiede approcci diversi e tecniche di indagine (teoriche e sperimentali) sofisticate e complementari.

Nell'area di Fisica dell’università di Roma TRE sono molti i gruppi di ricerca che affrontano lo studio della “materia” da diversi punti di vista e con metodologie diverse, sia dal punto di vista della ricerca di base che in vista di applicazioni innovative e all’avanguardia.

Il gruppo di chimica dei materiali, coordinato dal Prof. G. Polzonetti, si occupa principalmente della funzionalizzazione di superfici mediante macromolecole o polimeri, e quindi della caratterizzazione strutturale ed elettronica dei sistemi complessi così ottenuti. Lo studio dei sistemi complessi substrato/overlayer viene condotto nel Laboratorio di Chimica dei Materiali (LaChiM) e presso laboratori di luce di sincrotrone mediante tecniche spettroscopiche sensibili alla superficie, quali la Spettroscopia Fotoelettronica ai raggi X (XPS), il NEXAFS, il reflEXAFS e la Spettroscopia Infrarossa condotta in condizioni di riflessione (IRRAS).

Il gruppo coordinato dal Prof. S. Mobilio si occupa principalmente di indagini strutturali mediante tecnologie avanzate quali la spettroscopia di assorbimento di raggi X (XAFS) e la diffrazione di raggi X (XRD) con radiazione di Sincrotrone. Il prof. Mobilio è responsabile del laboratorio di luce di sincrotrone GILDA presso l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) a Grenoble (Francia).

La principale attività di ricerca del gruppo Liquidi riguarda lo studio delle proprietà strutturali e dinamiche di materiali nello stato liquidi, con particolare enfasi sull'acqua e soluzioni acquose. Il gruppo, coordinato dalla prof.ssa M.A. Ricci, ha recentemente attivato una linea di ricerca volta allo studio delle proprietà fisico-chimiche di manufatti di interesse storico e artistico.

Il gruppo della Prof.ssa F. Somma si occupa delle proprietà ottiche di difetti elettronici ed impurezze in cristalli ed in film sottili di materiali di interesse per dispositivi ottici miniaturizzati. Utilizza tecniche di spettroscopia ottica in assorbimento, riflettanza ed emissione al variare della temperatura.

Il gruppo di Fisica delle Superfici, coordinato del prof. G. Stefani, si occupa dello studio delle proprietà fisiche alle interfacce tra due materiali diversi ed è molto attivo nello studio di sistemi a bassa dimensionalità come film e strati sottili con proprietà magnetiche particolari.

Il gruppo coordinato dal prof. F. Evangelisti (fisica mesoscopica) si occupa della realizzazione di sistemi a bassa dimensionalità (buche, fili e punti quantici) ottenuti da eterostrutture di SiGe. Questi studi sono finalizzati alla produzione di dispositivi opto-elettronici innovativi. Una parte della ricerca del gruppo riguarda lo studio delle proprietà di trasporto elettrico dei nanodispositivi, in particolare il trasporto balistico, la quantizzazione della conduttanza elettrica e agli effetti di singola carica nelle nanostrutture.

La ricerca del gruppo facente capo al prof. F. Gori si occupa principalmente di ricerca nel campo dell’ottica di base e ottica applicata, con particolare riguardo alla generazione, propagazione e caratterizzazione di campi luminosi parzialmente coerenti e/o parzialmente polarizzati; alla propagazione di fasci luminosi perfettamente coerenti.

Il laboratorio di Superconduttività studia, in particolare, le proprietà di una nuova classe di superconduttori, composti di rame, caratterizzati da una temperatura critica piuttosto alta e da una peculiare struttura cristallina che forza gli elettroni a muoversi su un piani bidimensionali.

Attività di ricerca della nostra Area presso Large Scale Facilities internazionali

La comprensione profonda delle proprietà elettroniche, strutturali e dinamiche della materia richiede oggi, accanto alle metodologie di misura tradizionali, anche l'uso di tecniche sperimentali e sonde non disponibili nei singoli laboratori. In questi casi gli esperimenti vengono condotti presso laboratori internazionali dove strumentazioni particolarmente raffinate sono aperte all'uso della comunità scientifica.

In particolare le "Facilities" di neutroni ISIS nel Regno Unito e ILL a Grenoble, in Francia, offrono agli utilizzatori la possibilità di effettuare esperimenti di diffusione di neutroni per studiare le proprietà dinamiche e strutturali della materia condensata. Le "Facilities" di radiazione di sincrotrone ESRF a Grenoble e ELETTRA a Trieste forniscono sorgenti di fotoni di brillanza spettacolare nell'intervallo spettrale dei raggi X soffici e duri e permettono quindi di eseguire esperimenti finora impossibili, ad esempio su sistemi a struttura chimica innovativa sintetizzati ad hoc, o altamente diluiti, o in condizioni fisiche o chimiche estreme.


La nostra area è estremamente attiva sia nell'effettuare esperimenti scientifici che nel progettare e realizzare strumentazione da installare presso queste "Large Scale Facilities".

Le principali linee di ricerca sono:

* studi con neutroni della struttura dell'acqua e delle sue soluzioni e di liquidi quantistici;
* struttura atomica locale di materiali innovativi, quali ossidi con magnetoresistenza colossale, semiconduttori epitassiali e interfacce, polimeri coniugati e di metallo-proteine, mediante
radiazione di sincrotrone
* studi di fotoemissione ed assorbimento di raggi X degli stati elettronici e degli effetti di correlazione in atomi, molecole e solidi;
* studi con radiazione di sincrotrone a raggi X e con neutroni delle proprietà dinamiche di materiali disordinati.

Gli strumenti realizzati negli ultimi anni nel nostra area e ora installati presso le "Large Scale Facilities" internazionali sono:

* lo spettrometro VESUVIO a ISIS, per la misura della diffusione inelastica di neutroni ad alto momento trasferito;
* la linea di luce di sincrotrone GILDA a ESRF, completamente dedicata allo studio delle proprietá strutturali locali della materia condensata per mezzo della spettroscopia di assorbimento a raggi X e della diffusione anomala di raggi X;
* la linea di luce di sincrotrone ALOISA a ELETTRA , una linea per lo studio della fotoemissione e diffrazione di superficie dalle superfici dei solidi
* la linea
GAS-PHASE a ELETTRA , dedicata allo studio di struttura elettronica e dinamica chimica di atomi e di molecole sia semplici che complesse.

 

Responsabile pagine Web per l'Area Fisica della Materia Dott. Carlo Meneghini

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