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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
  • CHEMISTRY; METALLURGY
    • CRYSTAL GROWTH (separation by crystallisation in general B01D9/00)
      • SINGLE-CRYSTAL-GROWTH (by using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds B01J3/06); UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL (zone-refining of metals or alloys C22B); PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE (casting of metals, casting of other substances by the same processes or devices B22D; working of plastics B29; modifying the physical structure of metals or alloys C21D, C22F); SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE (for producing semiconductor devices or parts thereof H01L); APPARATUS THEREFOR
  • ELECTRICITY
  • PHYSICS
    • MEASURING (counting G06M); TESTING
      • MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRA-RED, VISIBLE OR ULTRA-VIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY (light sources F21, H01J, H01K, H05B; investigating properties of materials by optical means G01N)
Classificazione geografica
Bibliografia
[1] A. Lugstein, M. Weil, B. Basnar, C. Tomastik and E. Bertagnolli, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B, In Press (2004).
[2] C. Maurizio, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B, In Press, 2004.
[3] Levi Torrison, John Tolle, Ignatius S. T. Tsong and John Kouvetakis, Thin Solid Films, Volume 434, Issues 1-2 (2003), 106.
[4] L.-W. Ji et al., Materials Letters, Volume 57 (2003), 4218.
[5] "Pulsed Laser Deposition of Thin Films", edited by D.B. Chrisey and C.K. Hubler, Wiley, New York (1994).
[6] P.R. Willmott and J. R. Huber, RMP, Volume 72 (2000), 315.
[7] C.N. Afonso, in: F. Agullo-Lopez (Ed.), Insulating Materials for Optoelectronic, World Scientific, Singapore, 1995.
[8] H Fan and S.A.Reid, Chem. Mater., Volume 15 (2003), 564.
[9] Masciarelli G., Fuso F., Allegrini M., Arimondo E., J. Mol. Spectrosc., Volume 153, (1992) 96.
[10] Fu Z.W., Zhou M.F., Qin Q.Z., Appl. Phys. A, Volume 65 (1997), 445.
[11] Wolf P.J., Appl. Phys. A, Volume 62 (1996), 553.
[12] Calì C., Macaluso R., Mosca M., Spectrochimica Acta B, Volume 56 (2001), 743.
[13] Calì C., Macaluso R., Mosca M., Optics Comm., Volume 197 (2001), 341.
[14] K. Nashimoto, D.K. Fork, T.H. Geballe, Appl. Phys. Lett., Volume 60 (1992), 1199.
[15] S.B. Ogale, R. Nawathey-Dikshit, S.J. Dikshit, S.M. Kanetkar, J. Appl. Phys., Volume 71 (1992), 5718.
[16] H. Tabata, O. Murata, T. Kawai, S. Kawai, M. Okuyama, Appl. Phys. Lett., Volume 64 (1994),428.
[17] S.Chattopadhyay, P. Ayyub, M Multani, R. Pinto, J. Appl. Phys., Volume 83 (1998), 3911.
[18] C.M. Williams, D.B. Chrisey, P. Lubitz, K.S. Grabowski, C.M. Cotell, J. Appl. Phys., Volume 75 (1994), 1676.
[19] M.A. El Khakani et al, Sensors and Actuators B, Volume 77 (2001), 383.
[20] M. Martino et. al., Thin Solid Films. Volume 433 (2003), 39.
[21] D.S. Gill et al., Appl. Phys. Lett., Volume 69 (1996), 10.
[22] C.L. Bonner et al., Optics Letters, Volume 22 (1997), 988.
[23] A.A. Anderson et al., Thin Solid Films Volume 300 (1997), 68.
[24] J. Sonsky, J. Lancok, M. Jelínek, J. Oswald, V. Studnikca, Appl. Phys. A, Volume 66 (1998),583.
[25] S. A. Payne, L. L. Chase, L. K. Smith, W. L. Kway, W. F. Krupke, Quantum Electron., Volume 28 (1992), 2619.
[26] L. A. Riseberg, M. J. Weber, in. “Progress in Optics XIV” edited by E. Wolf, North - Holland (1976), 91.
[27] E. Cavalli, E. Zannoni, A. Belletti, V. Carozzo, A. Toncelli, M. Tonelli, M. Bettinelli, Appl. Phys. B, Volume 68 (1999), 677.
[28] A. Toncelli, M. Tonelli, A. Cassanho, H. P. Jessen, J. of Lumin., Volume 82 (1999), 291.
[29] A. Agnesi, S. Dell'Acqua, A. Guandalini, G. Reali, F. Cornacchia, A. Toncelli, M. Tonelli, K. Shimamura, and T. Fukuda, IEEE J. Quantum Electron., Volume 37 (2001), 304.
[30] F. Cornacchia, E. Favilla, A. Toncelli, M. Tonelli, J. Doerschel, S. Ganschow, Appl. Phys B, Volume 75 (2002), 641.
[31] A. Braud, S. Girard, J. L. Doulan, M. Thuau, R. Moncorge, Phys. Rev B, Volume 61 (2000), 5280.
[32] A. Toncelli, A. Di Lieto, P. Minguzzi, M. Tonelli, Opt. Lett., Volume 22 (1997), 1165.
[33] L. Palatella , A. Di Lieto, P. Minguzzi, A. Toncelli, M Tonelli, J. Opt. Soc. Am. B, Volume 18 (2001) 1711.
[34] P. Bicchi, R. Bernheim, C. Marinelli, J. Chem. Phys., Volume 97 (1992), 8809.
[35] P. Bicchi, C. Marinelli, E. Mariotti, M. Meucci, L. Moi, J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys., Volume 26 (1993), 2335.
[36] P. Bicchi, C. Marinelli, R. Bernheim, Phys. Rev. A, Volume 56 (1997), 2025.
[37] K. Ballard, R. Bernheim, P. Bicchi, Canadian Journal of Physics, Volume 79 (2001), 991.
[38] P. Bicchi, M. Meucci, M. Tonelli, G. Mariotto, M. Montagna, Journal of the Electrochemical Society, Volume 138 (1991), 3509.
[39] P. Bicchi, C. Marinelli, E. Mariotti, M. Meucci, L. Moi, Opt. Commu., Volume 106 (1994), 197.
[40] P. Bicchi, S. Barsanti, Radiation Physics and Chemistry, Volume 68 (2003), 91.
[41] P. Bicchi, C. Marinelli, E. Mariotti, M. Meucci, L. Moi, J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys., Volume 30 (1997), 473.
[42] S. Barsanti, P. Bicchi, J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys., Volume 34 (2001), 5031.
[43] S. Barsanti, P. Bicchi, J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys., Volume 35 (2002), 4553.
[44] P. Bicchi, S. Barsanti, E. Favilla, Laser Physics, Volume 14 (2004), 144.
[45] S. Atutov, V. Biancalana, P. Bicchi, C. Marinelli, E. Mariotti, M. Meucci, A. Nagel, K. Nasyrov, S. Rachini, L. Moi, Phys. Rev A, Volume 60 (1999), 4693.
[46] J. Haverkamp, R.M. Mayo,M.A.Bourham, J.Narayan, C.Jin and G.Duscher, J. Appl. Phys., Volume 93 (2003), 3627 and references therein
[47] M. Tyunina and S.Leppauori, J. Appl. Phys., Volume 87 (2000), 8132.
[48] D. L. Pappas, K. L. Sanger, J.J. Cuomo and R.W.Dreyfus, J.Appl.Phys., Volume 72 (1992), 3966.
[49] G. Farkas, C. Tòth, Phys. Rev. A, Volume 41 (1990), 4123.
[50] M. Peloi, G. Ferrini, G. P. Banfi, G. Secondi, F. Parmigiani, Solid State Comm., Volume 118 (2001), 339.
[51] F. H. Faisal, J. Z. Kaminski, Phys. Rev. A, Volume 58 (1998), R19.
[52] Y. S. Tergiman, K. Warda, C. Girardeau-Montaut, J. P. Girardeau-Montaut, Opt. Comm., Volume 142 (1997), 126.
[53] A. T. Georges, Phys. Rev. B, Volume 51 (1995), 13735.
[54] K. Z. Hatsagortsyan, C. H. Keitel, J. Phys. B: Atom. Mol. Opt. Phys., Volume 35 (2002), L175.
[55] T. Yang, J. Chen, J. Phys. B: Atom. Mol. Opt. Phys., Volume 35 (2002), 4759.
[56] G. Ferrante, M. Zarcone and S. A. Uryupin, Laser Part. Beams, Volume 20 (2002), 177.
[57] P. Rogin, J. Hulliger, J. Crystal Growth., Volume 179 (1997), 551.
[58] B. Ferrand, B. Chambaz, M. Couchaud, Opt. Materials, Volume 11 (1999), 101.
[59] C. L. Bonner, C.T.A. Brown, D.P. Shepherd, W.A. Clarkson, A.C. Tropper, D.C. Hanna, B. Ferrand, Optics Letters, Volume 23 (1998), 942.
[60] Jeong Sook Ha et. Al., Appl. Phys. Lett., Volume 82 (2003), 3436.
[61] G. Qin et. Al., J. Appl. Phys., Volume 93 (2003), 4328.
[62] A. Perea et. Al., Appl. Surf. Sci., Volume 138-139 (1999), 533.
Parole Chiave
FOTOABLAZIONE E DEPOSIZIONE; CRISTALLI FLUORURI; CRISTALLI OSSIDI; IONI DI TERRE RARE; FILM SOTTILI; NANOSTRUTTURE; SPETTROSCOPIA; OTTICA NON LINEARE

FOTODEPOSIZIONE DI NANOSTRUTTURE PER OTTICA NON LINEARE

Università degli Studi di Siena
Abstract
La ricerca presentata in questo progetto si propone di realizzare, per la prima volta in Italia, nanostrutture cristalline per applicazioni nel campo dell'ottica non-lineare per mezzo della tecnica "Pulsed Laser Deposition" (PLD). La ricerca verterà sulla deposizione di film cristallini di fluoruri (LiYF4 (YLF), BaY2F8 (BYF), KYF4 (KYF)) e di ossidi (Y3Al5O12 (YAG), Lu3Al5O12 (LuAG), YVO4 (YVO)), drogati o co-drogati con ioni di terre rare (Nd3+, Tm3+, Ho3+, Yb3+), di spessore micrometrico o sub-micrometrico per realizzare dispostivi ottici non lineari.
Tali dispositivi suscitano interesse sia nel campo della ricerca fondamentale che in campo applicativo, in special modo nei settori bio-medicale, delle microlavorazioni e delle nanotecnologie. Un aspetto distintivo di questo progetto è la realizzazione di film cristallini con la tecnica PLD che garantisce, in modo flessibile, la crescita di dispositivi in ambienti estremamente puri (ultra alto vuoto o atmosfera controllata) con un buon controllo dei rapporti stechiometrici degli elementi che si vuol depositare.
La deposizione avverrà mediante ablazione con impulsi laser di un "target" di cristallo "bulk" opportunamente drogato e susseguente accrescimento dei film su substrati cristallini opportuni. La scelta delle matrici di ossidi e di fluoruri è stata fatta in base alle loro ottime caratteristiche ottiche e termomeccaniche mentre la scelta degli ioni droganti è stata fatta in quanto questi ultimi sono in grado >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Paola BICCHI Università degli Studi di SIENA
Obiettivo del Programma di Ricerca
In passato l'introduzione di sistemi a stato solido nel campo della optoelettronica ha rivoluzionato più di un aspetto della ricerca scientifica tanto che i dispositivi laser a stato solido con pompaggio a diodi hanno trovato velocemente applicazione in moltissimi campi. Lo sviluppo di questi dispositivi è orientato verso una forte integrazione e miniaturizzazione e per questo la ricerca si orienta sempre più verso lo studio di materiali con opportune caratteristiche ottiche e con dimensioni sempre più ridotte.
L'obiettivo di questo progetto è quello di creare, per la prima volta in Italia, nanostrutture cristalline per applicazioni nel campo dell'ottica non-lineare per mezzo della tecnica PLD. La ricerca verterà sulla deposizione di film cristallini di fluoruri (LiYF4 (YLF), BaY2F8 (BYF), KYF4 (KYF)) e ossidi (Y3Al5O12 (YAG), Lu3Al5O12 (LuAG), YVO4 (YVO)), drogati o co-drogati con ioni di terre rare (Nd3+, Tm3+, Ho3+, Yb3+), di spessore micrometrico o sub-micrometrico per realizzare dispostivi ottici non lineari. In particolare ci proponiamo di realizzare film cristallini di differenti classi per applicazioni nel campo dell'ottica non lineare e come nuove sorgenti laser nella regione infrarossa, verso le quali settori come quello biomedicale, delle microlavorazioni, e delle nanotecnologie mostrano un crescente interesse.
Il consorzio di unità che partecipano al progetto si è formato per riunire,in modo omogeneo, competenze complementari che coprono sia gli >>>

Risultati parziali attesi
1) Crescita dei cristalli di YLF e di BYF puri e drogati con Nd3+ e con Tm3+ e loro successiva preparazione per l'ablazione (unità SNS di Pisa).
2) Realizzazione e messa a punto di una camera da alto vuoto configurata per svolgere pulsed laser deposition, e possibile messa a punto di un sistema di misura a tempo di volo (unità DF di Siena).
3) Analisi spettroscopica della plume originata dall'ablazione con laser impulsato dei cristalli YLF e di BYF drogati con Nd3+ e con Tm3+ (unità DF di Siena).
4) Deposizione di film sottili di YLF o di BYF (eventualmente di entrambi) drogati con Nd3+ e con Tm3+ su substrati opportunamente realizzati dall'unità SNS di Pisa (unità DF di Siena).
5) Messa a punto dei nuovi componenti dell'apparato di fotoablazione e deposizione di film sottili di YAG e di YVO drogati con Nd3+ e con Tm3+ forniti dall'unità SNS di Pisa (unità DIE di Palermo).
6) Calcolo dei coefficienti di assorbimento della radiazione laser da parte del gas debolmente ionizzato presente nella plume (bremsstrahlung inverso e ionizzazione multifotonica) e delle costanti tempo di ricombinazione radiativa in presenza della radiazione (unità DFTR di Palermo).
7) Funzione d'onda di elettroni in una catena lineare e una matrice piana di buche di potenziale in presenza di una forte radiazione elettromagnetica. Spettro emesso (unità DSFA di Palermo).
8) Simulazione della formazione di atomi e molecole ionizzati; studio dello spettro >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Attualmente la ricerca nel campo delle nanostrutture cristalline bidimensionali si avvale di diverse tecniche per la deposizione di film sottili. Le piú note e comunemente impiegate sono le tecniche di sputtering [1], ion implantation [2], molecular beam epitaxy [3], metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) [4] e pulsed laser deposition (PLD) [5]. Quest'ultima tecnica consiste nell'ablare il composto che si vuole depositare da un bersaglio per mezzo di un laser impulsato. Il materiale rilasciato dal bersaglio sotto forma di plume è costituito da una miscela di atomi, molecole, elettroni, ioni, cluster, particelle solide di dimensioni submicrometriche o micrometriche e particelle fuse che vengono selezionate spazialmente e fatte depositare su un substrato opportunamente riscaldato. Tutto avviene in una camera da vuoto in cui può essere immessa la quantità di gas tampone voluta. Questo aspetto garantisce la possibilità di creare un'area di crescita priva di contaminanti e la possibilità di operare in atmosfera controllata, caratteristica necessaria per la crescita di alcuni materiali speciali. La tecnica di deposizione per PLD è considerata una delle piú efficaci e meno costose per la preparazione di film sottili di varia natura ed in particolare per la fabbricazione di dispositivi optoelettronici. Tra le sue caratteristiche spiccano la relativa semplicitá della messa a punto sperimentale ed una versatilitá non comune alle altre tecniche che permette di modificare >>>