Stage estivo 18-22 giugno 2012
Università della Calabria – Rende (CS)
LA LUCE ALLA/NELLA GUIDA
La fisica e gli studenti: stessa lunghezza d’onda
Aiello Silvio, Dagostino Annamaria, Ferraro Alessandro, Fontana Pierpaolo, Lento Alessandro,
Merli Armando, Middonno Domenico, Orlando Maria Grazia, Varone Valentina
Modulo ICT
(Information and Communication Technology)
-
Tecnica SOL-GEL (clean room)
Interferenza e diffrazione
Scrittura di un reticolo di diffrazione
Microscopia a forza atomica
Il SOL - GEL
Il processo Sol-Gel è una tecnica utilizzata per la fabbricazione di materiali ceramici che noi abbiamo
sfruttato per la realizzazione di guide di luce, cioè di “canali” attraverso cui la luce viene intrappolata e
veicolata. Questo processo è particolarmente interessante perché la luce è spesso utilizzata come
veicolatrice di informazioni; il Sol-Gel è dunque molto utile per la crescita dell’ ICT.
Fasi della preparazione del Sol-Gel:
IDROLISI
Zr(OC3H7)4 (isopropossido di zirconio) reagisce con l’acqua; si ottiene Zr(OH)4
(idrossido di zirconio) e CH3CH2CH2OH (alcol propilico).
CH3-CH2-CH2
CH3-CH2-CH2 O
CH3-CH2-CH2
O
Zr
O
+
O CH2-CH2-CH3
+
2H
4
3
OH
CONDENSAZIONE
Processo di evoluzione in un GEL: i prodotti dell’idrolisi reagiscono tra loro
liberando acqua. Ad esempio, da due molecole del prodotto ottenuto dalla
precedente reazione si ottiene, con alcune molecole d’acqua di scarto, questo
tipo di reticolo:
O Zr
O
O
Zr
Zr
ESSICCAMENTO
O
Zr
O Zr
O
Mettendo il tutto in una stufa l’acqua viene fatta evaporare. Otteniamo così un
film (pellicola sottile) di materiale fotosensibile.
Onda elettromagnetica
L’elemento principale dell’interferenza è la natura ondulatoria della luce. Ad essa è associato un
campo elettrico variabile nello spazio e nel tempo:
E(x,y,z)= Eo cos(kz-ωt +)
t =0; =0;
z=0; =0;
vettore d’onda
k=2πn/
Indice di rifrazione n= c/v
Ciò che è necessario per
creare l’interferenza è
che un’onda debba
essere : COERENTE,
MONOCROMATICA,
POLARIZZATA.
Y Axis Title
6
Il fenomeno dell’interferenza
viene utilizzato per la scrittura del reticolo tramite raggi UV che attivano la
reazione del materiale fotosensibile
4
2
0
EQUAZIONE
-10 D’ INTERFERENZA:
0
10
20
30
X Axis Title
TOT = 1 + 2 + 2(1 2 )cos(qx)
40
50
60
Se 1 = 2 allora si ha un’interferenza distruttiva. Se le due onde sono in fase si
ha un’ Interferenza costruttiva con 4 volte  se cos(qx)=1.
L’intensità del campo elettrico (I) è data dal quadrato del modulo del campo
stesso.
La figura d’interferenza che si ottiene ha una struttura periodica che viene definita
Passo del Reticolo : =λ/2n sinθ a cui si associa il vettore d’onda q = 2π/.
Set-up olografico
Laser
Beam
Expander
Sample
40 m
L’AFM
È l’acronimo di Atomic Force Microscopy, si
tratta di uno dei microscopi più potenti del
mondo.
Può funzionare in diversi modi, noi abbiamo
utilizzato il tapping: mentre il tip scorre sul
substrato cambia l’inclinazione della leva (il
cantiliver); questo cambiamento causa una
variazione dell’angolo di riflessione del laser,
cambiamento che è captato dal fotodiodo, che,
attraverso un processo detto “feedback”
modifica l’altezza del substrato in modo da
mantenere il cantiliver praticamente fermo.
Sono tre i modi di funzionamento dell’AFM:
• Contatto (d < 0,5 nm)
• No contact (0,1 nm< d < 10 nm)
• Tapping (0,5 < d < 2)
Tutto dipende dalla curva in tabella: sulle ascisse abbiamo la distanza tip – substrato, sulle
ordinate la forza. All’aumentare della distanza la forza repulsiva tende a diminuire fino a
raggiungere lo 0: a questo punto si trasforma in attrattiva.
Analisi topografica
L’obiettivo del modulo ICT è quello di realizzare una GUIDA D’ONDA.
Grazie ai processi fisici e chimici sopra descritti, siamo riusciti a costruire una guida d’onda.
Con essa, è possibile intrappolare, indirizzare e controllare un fascio luminoso……………………