DSpace Collection:

Rivelatori di singolo fotone a nanofili superconduttori

2011-11-25T00:35:15Z

Rivelatori di singolo fotone a nanofili superconduttori Gaggero, Alessandro 2010-01-20 Abstract Il lavoro di ricerca descritto in questa tesi di dottorato riguarda la realizzazione e lo sviluppo di una nuova generazione di rivelatori di singolo fotone ad elevata efficienza quantica, che sfruttano le proprietà superconduttive del nitruro di niobio (NbN). Questi dispositivi, chiamati SSPD acronimo di Superconducting Single Photon Detectors, operano nella regione delle lunghezze d’onda delle telecomunicazioni ad una temperatura di lavoro di 4.2 K. Nella tesi vengono prima descritte le tecniche e le procedure utilizzate per la realizzazione dei suddetti rivelatori e quindi i risultati relativi allo studio di nuovi detector a singolo fotone. Gli SSPD sono costituti da sottili nanofili (spessore ~4÷5nm) larghi 100nm e lunghi un centinaio di micron. Per rendere efficiente l’accoppiamento ottico tra il rivelatore e la radiazione incidente questi nanofili vengono disposti a meandro con un’area attiva di 25µm2 con un fattore di riempimento pari al 40%. Questi dispositivi sono destinati ad applicazioni avanzate nel campo delle comunicazioni quantistiche in fibra, della metrologia quantistica e della computazione quantistica realizzata con tecniche ottiche. Oltre allo sviluppo degli SSPD in questo lavoro viene descritta la possibilità di realizzare rivelatori che operino in regime lineare rispetto al numero dei fotoni incidenti (Photon Number resolving Detectors, PND). In altre parole rivelatori di stati n di fotoni con n > 1, le cui applicazioni alla computazione e metrologia quantistica sono oggi di grande interesse. I risultati del lavoro svolto durante il dottorato suggeriscono la possibilità di integrare questi dispositivi con altre componenti ottiche, guide d’onda e sorgenti a singolo fotone, aprendo la strada, in un futuro non lontano, per la realizzazione e miniaturizzazione di nuovi dispositivi che costituiscano i mattoni elementari di network fotonici di crescente complessità.

Il problema della massima clique : teoria & pratica

2011-11-18T00:35:11Z

Il problema della massima clique : teoria & pratica Viale, Massimiliano 2009-02-03 Il problema di trovare le clique di un grafo appartiene a quel gruppo di problemi combinatoriali considerati un "paradigma" nell'ambito della Teoria della Complessità Computazionale. L'idea principale di questo lavoro è quella di sfruttare la meccanica statistica, la teoria sui vetri di spin e le proprietà delle catene di Markov per creare, comprendere e sviluppare due nuovi algoritmi random per la ricerca della clique: un Metropolis (M) con dinamica alla Glauber ed un algoritmo ispirato al metodo della cavità (C). La possibilità di associare questi algoritmi a modelli disordinati di gas su reticolo, ci permette di utilizzare strumenti tipici della fisica teorica per valutarne caratteristiche e peculiarità. La novità principale rispetto agli altri algoritmi standard che C e M possono esibire è la possibilità di "camminare" su configurazioni che non sono cliques. In questa maniera sembrano avere a disposizione più vie d'uscita quando rimangono intrappolati in uno "stato metastabile" che non sia l'ottimo. Al confronto con altri algoritmi random più famosi, le prestazioni di questi nuovi algoritmi sono decisamente migliori. In particolare, alla luce di costosissime simulazioni numeriche, la dinamica originale di C, che ha oltretutto il vantaggio di essere teoricamente ben comprensibile ed in grado di presentare adeguatamente le problematiche in gioco, sembra decisamente promettente.

Dynamics of fields and particles in a 5-dimensional scenario : problems and perspectives of the Kaluza-Klein theory

2011-11-15T00:37:20Z

Dynamics of fields and particles in a 5-dimensional scenario : problems and perspectives of the Kaluza-Klein theory Lacquaniti, Valentino 2009-01-12 In this work a revised study of the compactified 5D Kaluza-Klein ( KK ) model is performed. At first, it is proved the compatibility of ADM slicing with respect to the KK reduction and the Hamiltonian formulation of the model is therefore obtained: this analysis envisages how the Gauss constraint arises as a particular case of supermomenta constraints; moreover, it is shown that the hamiltonian constraint can be solved with respect to the conjugate momentum of the metric scalar field, thus allowing to write a Schroedinger-like equation via a Brown-Kuchar approach. Thereafter the problem of matter coupling is addressed and a new approach is proposed; in such a scheme a 5D cylindrical energy-momentum tensor is postulated and the dynamics of test particle is faced via a proper localization hypothesis by mean of a multipole expansion a lá Papapetrou. The particles turns out to be delocalized into the extra dimension and the tower of huge massive modes is removed. Such a result allows us to deal consistently with matter without discarding the compactification hypothesis. Therefore a full model, involving metric fields and matter is formulated, where an extra scalar source term appears and the rest mass of particles is varying depending on scalar fields (the metric one plus the source one). Promising scenarios, in order to deal with unification scheme and dark matter models are outlined.

Pressure-induced metallization process in Strongly Correlated Electron Systems

2011-10-24T23:35:19Z

Pressure-induced metallization process in Strongly Correlated Electron Systems Marini, Carlo 2010-01-20 Il mio lavoro di tesi è volto ad approfondire il ruolo dell’alta pressione nel determinare la transizione isolante-metallo osservata in alcuni sistemi dei metalli di transizione. Il lavoro descrive una approfondita analisi su tre classi di questi sistemi: il tellurio cristallino, che presenta una transizione isolante-metallo guidata da una instabilità di tipo Peierls, le piriti di Nichel-Selenio della famiglia NiS2-xSex, considerate uno dei sistemi prototipo della transizione di isolante metallo di tipo Mott-Hubbard, e il biossido di vanadio VO2, dove entrambi i meccanismi cooperano ad originare una spettacolare transizione isolante-metallo con un salto in conducibilità di 5 ordini di grandezza. Questi sistemi sono stati oggetto di misure in funzione della pressione di spettroscopia Raman (realizzate presso il dipartimento di Fisica dell’Università La Sapienza) e di spettroscopia infrarossa (realizzate con luce di sincrotrone presso Elettra-Trieste). Queste tecniche sono particolarmente indicate per studiare l’accoppiamento tra carica e reticolo e lo stato di localizzazione di carica, consentendo di ottenere informazioni sulla dinamica reticolare e su quella elettronica. I risultati ottenuti sul Te cristallino mostrano la presenza di diversi regimi in pressione, compatibili con una transizione strutturale (trigonale triclino) a ~ 4 GPa, accompagnata da una simultanea metallizzazione del sistema. I dati Raman indicano la comparsa di modulazione reticolare incommensurata a ~ 8 GPa, in accordo con quanto recentemente proposto da studi di diffrazione X. Nelle piriti di Nichel-Selenio, l’analisi del peso spettrale infrarosso e delle frequenze fononiche dei modi Raman attivi ha permesso l’identificazione di due diversi meccanismi alla base delle transizioni isolante metallo indotte dalla pressione e dalla sostituzione in Se. I diversi meccanismi di metallizzazione influenzano in modo evidente la dinamica reticolare del composto. La ricerca sul biossido di vanadio ha consentito di identificare un nuovo regime ad alta pressione in questo composto, dove diversamente da P=0, transizione strutturale e transizione isolante-metallo sono disaccoppiate. La possibilità di ottenere una fase metallica senza completa rimozione della distorsione di Peierls, che si manifesta nella riduzione di simmetria reticolare da tetragonale a monoclina, riduce il ruolo dell’accoppiamento elettrone-fonone nel guidare le proprietà di trasporto di questo sistema, a sostegno invece di un meccanismo di tipo Mott-Hubbard. In conclusione la pressione ha dimostrato di essere un ottimo strumento per studiare i sistemi elettronici fortemente correlati, disaccoppiando le diverse interazioni microscopiche e fornendo in questo modo un ottimo test per i modelli teorici volti a descriverne le proprietà.

Measurement of the KL meson lifetime with the KL → π0 π0 π0 decay

2011-10-24T23:35:07Z

Measurement of the KL meson lifetime with the KL → π0 π0 π0 decay Bocchetta Simona, Serena 2010-01-19

Transistor a film sottile con strato attivo di pentacene: stabilità elettrica in differenti condizioni ambientali e studio di materiali per strati di passivazione

2011-10-13T23:37:47Z

Transistor a film sottile con strato attivo di pentacene: stabilità elettrica in differenti condizioni ambientali e studio di materiali per strati di passivazione Rapisarda, Matteo 2010-01-20 I transistor a film sottile organici (OTFT, Organic Thin Film Transistors) hanno assunto negli ultimi anni un ruolo sempre più importante nella microelettronica su larga area (LAM, Large Area Microelectronics). Il crescente interesse rivolto a questi dispositivi è dovut o alla possibilità di coniugare un costo relativamente basso con proprietà innovative come flessibilità meccanica, basse temperature di processo (che permettono l’utilizzo di substrati plastici e polimerici), e prestazioni del tutto paragonabili e in diversi casi migliori di quelle dei transistor realizzati in silicio amorfo. Gli “organic semiconductors” offrono oggi le loro prestazioni per numerosissime applicazioni soprattutto come diodi organici emet titori di luce (AMOLED), nella tecnologia delle smart -card completamente plastiche, e delle tag di identificazione elettronica, nei backplanes a matrice attiva delle “e-papers” e in generale in tutte le applicazioni riguardanti quella che viene chiamata “Flexible Organic and Large Area Electronics” (FOLAE) In questa tesi vengono ampiamente analizzati transistor a film sottile con canale in pentacene. Tale semiconduttore organico oggi permette di ottenere dispositivo con alte prestazioni. D’altro canto, la diffusione di diverse spec ie molecolari nello strato attivo può causare instabilità nelle caratteristiche elettriche, richiedendo l’utilizzo di strati incapsulanti per le zone attive dei dispositivi. Sono stati così utilizzati come strati di passivazione film di PTFE, depositati utilizzando diverse miscele CHF3/Argon in una camera RIE. Il PTFE consente l’effettuazione di processi fotolitografici sul pentacene favorendo anche l’utilizzo di “annealing” termici che migliorano ulteriormente le prestazioni elettriche dei dispositivi incapsulati. Simulazioni numeriche 1D evidenziano che le variazioni delle caratteristiche causate dalla deposizione di PTFE sono dovute alla presenza di un transistor parassita di retro -canale causata dalla formazione di carica e stati all’interfaccia tra strato attivo e incapsulante. Le misure effettuate in aria mostrano che il PTFE non blocca efficacemente la diffusione di acqua nello strato attivo, tuttavia permette l’uso di ricotture termiche che incrementano la stabilità dei dispositivi in aria. Infine l’analisi dell’invecchiamento in ossigeno sui dispositivi incapsulati prova che il PTFE blocca efficacemente la diffusione di ossigeno.

Discriminazione tra eventi sismici naturali ed esplosioni nucleari sotterranee

2011-10-13T23:38:03Z

Discriminazione tra eventi sismici naturali ed esplosioni nucleari sotterranee Materni, Valerio 2010-01-27 Nel 1996, l'Assemblea generale delle Nazioni Unite ha adottato il Comprehensivenuclear-Test-Ban-Treaty (CTBT), Trattato per la proibizione totale delle esplosioninucleari e la sua rispettiva organizzazione (CTBTO). L’Italia è membro permanente del Consiglio Esecutivo della CTBTO, e come Stato firmatario ha la possibilità di effettuare proprie valutazioni soggettive sull’osservanza del Trattato da parte degli altri firmatari, sulla base delle informazioni di carattere oggettivo diffuse dal Centro Internazionale Dati (IDC), facente parte del sistema di verifiche messo a punto dalla CTBTO. Il presente lavoro di ricerca si colloca proprio all’interno di tale contesto, ed è stato sviluppato nell’ambito delle attività che l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) svolge presso l’Unità Tecnica Operativa del Ministero degli Affari Esteri. L’INGV infatti fa parte integrante della struttura nazionale di attuazione del Trattato ai sensi della L. 197/2003, con l’incarico di gestire il Centro Nazionale Dati che si interfaccia con l’IDC. Lo scopo di questo lavoro di ricerca è stato quello di sviluppare una metodologia innovativa per la discriminazione fra eventi sismici naturali ed esplosioni nucleari sotterranee, basato sia su una rigorosa modellazione fisica delle sorgenti sismiche, sia su un’accurata analisi sperimentale dei dati rilevati dal Sistema di Monitoraggio Internazionale (IMS). In particolare possono essere individuate due fasi tra loro complementari di questo lavoro: una fase prettamente fisica e sperimentale mirata ad un’ estensione in ambito regionale del classico discriminante mb : M S (basato sulla constatazione che per sorgenti di tipo esplosivo la magnitudo ottenuta dalle onde di volume (mb) a breve periodo è considerevolmente maggiore di quella ottenuta dalle onde superficiali (Ms) a lungo periodo), ed un’altra fase legata ad una trattazione su basi statistiche, della discriminazione attraverso l’utilizzo di tecniche di analisi statistiche multivariate. La metodologia prescelta per l’individuazione della natura delle sorgenti sismiche si basa sulla recente letteratura sull’argomento. Essa tende a valorizzare l’informazione contenuta nelle registrazioni sismiche a larga banda, per quanto riguarda soprattutto il contenuto in onde sismiche superficiali a periodo considerevolmente inferiore a quello sul quale è tipicamente definita la magnitudo Ms. Queste onde sono rilevabili a distanze relativamente brevi (entro alcune migliaia di km) dalle sorgenti, e per questo particolarmente adatte all’analisi degli eventi di piccole dimensioni, come quelli costituiti dall’esplosione di cariche nucleari al disotto di 1 kt di potenza. L’applicazione di tale idea ha consentito di ottenere, in particolar modo per le stazioni vicine, un miglioramento nel rapporto segnale/disturbo e una più agevole determinazione dei valori di ampiezze e magnitudo, mediante i quali sono stati ottenuti dati utili ai fini della discriminazione. Il metodo prescelto in questo lavoro di tesi è basato sul confronto fra l’ampiezza osservata e quella ottenuta teoricamente per l’onda di Rayleigh nel caso di una sorgente esplosiva. Si dimostra che, a parità di distanza dalla sorgente, il logaritmo di tale ampiezza è linearmente correlato alla magnitudo mb dell’evento considerato. Si è adottato il criterio di dichiarare come esplosivo un evento sismico per il quale l’ampiezza dell’onda di Rayleigh osservata supera quella teorica. L’analisi fatta sui dati del test nucleare condotto dalla R.P.D. della Corea del 25-05-2009 ha poi permesso, per la prima volta con buona precisione, di poter calibrare la costante q delle rette decisionali log(A) = 1.18mb + q in funzione della distanza. La metodologia applicata a dati successivi, e chiaramente indipendenti dai precedenti, ha poi consentito di verificare che per eventi naturali i valori di log(A) si collocavano correttamente al di sopra della retta decisionale. La seconda fase, invece, ha riguardato l’ottimizzazione e l’applicazione delle tecniche statistiche multivariate: in particolar modo, del metodo della “Analisi Discriminante”, sia come algoritmo statistico di discriminazione, sia come strumento di verifica della metodologia sviluppata nella fase precedentemente descritta. La messa a punto di tale tecnica e la sua successiva applicazione hanno infatti fornito un supporto matematico oggettivo al lavoro svolto. Tale metodologia è stata ottimizzata come algoritmo indipendente di discriminazione, applicata ad un gruppo di eventi generici e ad un gruppo costituito dagli eventi non screen-out (ovvero eventi non classificati come eventi sicuramente naturali dall’IDC). Per entrambi i gruppi sono stati ottenuti ottimi risultati sempre in relazione alle attuali tecniche di screening utilizzate presso la CTBTO. Un’ulteriore innovazione è stata quella dell’introduzione e dell’utilizzo delle probabilità a priori come mezzo matematico “di pilotaggio” della discriminazione. Tale introduzione permette infatti di tener conto di informazioni indipendenti da quelle puramente geofisiche (ad esempio quelle provenienti da operazioni di “intelligence” etc). L’inserimento di tali informazioni nel processo decisionale, cosa fino ad ora non contemplata da nessuna metodologia di discriminazione dell’ambito CTBTO, potrà essere utilizzato in futuro in un contesto politico nazionale di applicazione del sistema di verifica del CTBT.

Quantum transport in low-dimensional Si/SiGe and AlGaN/GaN systems

2011-10-13T23:35:25Z

Quantum transport in low-dimensional Si/SiGe and AlGaN/GaN systems Frucci, Giulia 2010-01-20 In recent years the study of electronic properties of low dimensional mesoscopic systems has attracted considerable interest. One of the reasons for this is the opportunity it gives of investigating a wide range of new effects related to ballistic transport and phase coherence. Another reason can be found in the possibility it gives of fabricating nanostructures both for microelectronics and for possible applications in quantum computing and spintronics in general. The object of this thesis is the investigation of quantum transport in Si/SiGe- and AlGaN/GaN -based Quantum Point Contacts (QPCs). In particular, we focus on ballistic transport eﬀects going beyond the oneelectron Landauer picture expected for a system of non-interacting electrons. Si-based nanostructures are one of the most important material systems for applications in spintronics and quantum information due to the weak spinorbit coupling and to the presence of nuclear zero spin isotopes, which make electron spin coherence time extremely long. However, silicon has a near degeneracy of orbital states in the conduction band, arising from multiple valley minima, which can enhance decoherence rates and make qubit operation in quantum computing more complicated. It has been shown that quantum conﬁnement in nanostructures provides some amount of control over the valley splitting [1]. In this work, we have investigated quantum transport properties of strongly-conﬁned Shottky-gated constrictions, made starting from Si-based 2DEG and focusing on the conductance behaviour of nanostructures with various geometries. Measurements have been made as a function of the gate voltage, the source-drain bias and the magnetic ﬁeld. Our results reveal a complex framework due to the occurrence of deviations from the ideal quantized conductance behaviour. For instance, these can be due to backscat1 tering from impurities or transmission resonances, produced by multiple reﬂections, for the presence of an abrupt geometry of the conﬁning potential. However our ﬁndings have revealed a zero-ﬁeld energy valley splitting in our etched-nanostructures, due to the strong conﬁnement generated by physical etching of the 2DEG heterostructures. In practice, in diﬀerent devices we found a valley splitting energy of the order of ∼ 1meV that is comparable to values reported in literature. In the past ten years, due to developments in the ﬁeld of AlGaN/GaN heterostructures, research has focused also on GaN -based 2DEG. The latter is in fact among the most promising materials for the study of properties related to ballistic transport and it is interesting from a technological point of view. GaN -based 2DEGs are a novel system in which the large band oﬀset and the strong piezoelectric eﬀect in this material system have been shown to generate an intrinsic high sheet density two-dimensional electron gas, ns ∼ 1013 cm−2 in our sample, with enhanced electron mobility [2, 3]. In addition, the relatively heavy mass of electrons makes GaN 2DEGs a convenient system for studying spin-polarized and electron-electron correlation eﬀects. The strong spontaneous and piezoelectric polarization charge gives these systems a strong asymmetric electric ﬁeld at the interface, which can also enhance the spin-orbit interaction, thus providing a spin-splitting energy of the conduction band states at zero-external ﬁeld [4]. In this thesis we focused on the study of the electrical properties of an AlGaN/GaN 2DEG-system, exploiting both classical and quantum Hall effect. In our investigation, new interesting problems came out from the analysis of both Shubnikov-de Haas and low-ﬁeld measurements: the occupancy of a second energy level of the 2DEG, the occurrence of a zero-ﬁeld spinsplitting due to spin-orbit interaction and the occurrence of the key-feature of weak antilocalization [5], namely positive magnetoresistance. Electron quantum transport of mesoscopic devices on GaN -based heterostructures was also investigated. For these systems we measured the conductance as a function of the gate voltage and the magnetic ﬁeld. In addition, we investigated the eﬀect of deliberately introducing an asymmetry in the conﬁning potential. We have obtained an interesting and rich framework in which we speculate the possibility of a zero-ﬁeld spin-polarization as being due to the eﬀect of asymmetry of the conﬁning potential and the presence of a spin- 2 orbit coupling [6]. References [1] S. Goswami, K. A. Slinker, M. Friesen, L. M. McGuire, J. L. Truitt, C. Tahan, L. J. Klein, J. O. Chu, P. M. Mooney, D. W. van der Wiede, R. Joynt, S. N. Coppersmith, and M. A. Eriksson, Nature Physics 3 (2007), 41. [2] O. Ambacher, B. Foutz, J. Smart, J. R. Shealy, N. G. Weimann, K. Chu, M. Murphy, A. J. Sierakowski, W. J. Schaﬀ, L. F. Eastman, R. Dimitrov, A. Mitchell, and M. Stutzmann, J. Appl. Phys. 87 (2000), 334. [3] A. D. Bykhovski, R. Gaska, and M. S. Shur, Appl. Phys. Lett. 72 (1998), 3577. [4] S. Schmult, M. J. Manfra, A. Punnoose, A. M. Sergent, K. W. Baldwin, and R. J. Molnar, Phys. Rev. B 74 (2006), 03302. [5] A. E. Belyaev, V. G. Raicheva, A. M. Kurakin, N. Klein, and S. A. Vitusevich, Phys. Rev. B 77 (2008), 035311. [6] P. Debray, S. M. Rahman, J. Wan, R. S. Newrock, M. Cahay, A. T. Ngo, S. E. Ulloa, S. T. Herbert, M. Muhammad, and M. Johnson, Nature Nanotechnology advance online publication (2009),

Quasiclassical methods for spin-charge coupled dynamics in low-dimensional systems

2011-10-13T23:37:54Z

Quasiclassical methods for spin-charge coupled dynamics in low-dimensional systems Gorini, Cosimo 2009-06-12 Spintronics is a new ﬁeld of study concerned with the manipulation of the spin degrees of freedom in solid state systems. One of its main goals is the realization of a new generation of devices capable of making full use of, besides the charge, the electronic – and possibly nuclear – spin. At least in principle all-electrical control of the spin, which would be preferable from the point of view of applications, can be achieved through spin-orbit interaction. In recent years a number of spin-orbit related effects in low-dimensional fermionic systems have made this possibility much more concrete. We cite as prominent example the spin Hall effect, ﬁrst proposed in 2003 for a twodimensional hole gas and soon after observed. In more general terms, the description of spin-charge coupled dynamics in mesoscopic, disordered low-dimensional systems is a non-trivial matter. For the task we relied on the quasiclassical formalism, an approximate quantum-ﬁeld theoretical formulation ideally suited for tackling transport problems on the mesoscopic scale, with a solid microscopic foundation and a resemblance to standard Boltzmann transport theory that makes for physical transparency. The goal of this thesis has been two-fold: on one hand the generalization of the quasiclassical equations so as to make them capable of describing spincharge coupled dynamics, on the other the application of such equations to particular physical problems. Among them the spin Hall effect and voltageinduced spin polarization in two-dimensional, disordered electron gases under a variety of conditions – static or time dependent, in inﬁnite systems, in conﬁned geometries with different boundary conditions.

Ab initio investigation of the structural and electronic properties of tio2 nanostructures

2011-09-26T23:36:51Z

Ab initio investigation of the structural and electronic properties of tio2 nanostructures Iacomino, Amilcare 2010-01-20 In the ﬁrst part of this thesis, we have investigated the structural and electronic properties of anatase TiO2 nanocrystals (NCs) through ab initio calculations based on the Density Functional Theory (DFT). The dependence of the structural properties (e.g., NC volume variations) on the surface chemistry is discussed by considering two diﬀerent surface coverages (dissociated water and hydrogens). Both prevent a pronounced reconstruction of the surface, thus ensuring a better crystalline organization of the atoms with respect to the bare NC. In particular, the results for the hydrated NC do show the largest overlap with the experimental ndings. The band-gap blue shift with respect to the bulk shows up for both the bare and the hydrated NC, whereas hydrogen coverage or oxygen desorption from the bare NCs induce occupied electronic states below the conduction levels thus hindering the gap opening due to quantum connement. These states are spatially localized in a restricted region and can be progressively annihilated by oxygen adsorption on undercoordinated surface titanium atoms. Formation energy calculations reveal that surface hydration leads to the most stable NC, in agreement with the experimental ndings that the ﬁrst layer of the water coverage is important in stabilizing the NCs surfaces. Oxygen desorption from the bare NC is unfavourable, thus highlighting the stabilizing role of surface oxygen stoichiometry for TiO2 . Available experimental data on the electronic and structural properties of TiO2 NCs are summarized and compared with our results. In the second part of this thesis, we have performed DFT calculations on anatase TiO2 nanowires (NWs) to investigate the dependence of their structural and electronic properties on the size, the surface coverage, and the morphology. We have found that the overall crystallinity of the NWs increases on increasing the diameter size or upon surface coverage with simple water-derived adsorbates. The NWs grown along the [010] direction are found to be more ordered with respect to the NWs in the [001] direction, thus highlighting the dependence of the crystallinity on the choice of the morphology. The bare and hydrated NWs do show the band-gap blue shift due to the size connement, but deviations from an ideal trend with the size are found and ascribed to the morphology and the crystallinity. Through the analysis of the valence band maximum and conduction band minimum energies we found that the TiO2 NWs photocatalytic ability prots from the conned size, for example 2 for the water splitting process. Moreover, the availability of internal channels for an efcient charge transport can be tuned by the surface coverage. The terminal hydroxyl groups of the hydrated NWs cannot be considered as deep hole traps since their related electronic states have binding energies in the same range of the NW oxygen states. The hydrogenated NWs grown along the [001] direction show occupied states at the bottom of the conduction bands, thus we expect that TiO2 NWs can be used as efcient hydrogen sensors. Finally, the surface hydration leads to the most stable NWs with formation energies that are even close to the bulk limit.

Carbon Nanotubes: from synthesis to characterization

2011-09-01T23:35:05Z

Carbon Nanotubes: from synthesis to characterization Tombolini, Francesca 2011-09-01

Isochronous systems and orthogonal polynomials

2011-09-01T23:36:36Z

Isochronous systems and orthogonal polynomials Droghei, Riccardo 2010-01-29 The theory of orthogonal polynomials has seen many remarkable developments during the last two decades, due to its connections with integrable systems, spectral theory and random matrices. Indeed, in recent years the interest for this theory has often arisen from outside the orthogonal polynomial community after their connection with integrable systems was found. In this thesis the study has been restricted to classical integrable, and isochronous, dynamical systems and a new connection with orthogonal polynomials is presented. The main results in this thesis are related to Diophantine ﬁndings obtained from an important class of integrable systems: Isochronous systems. The most famous of these systems is the harmonic oscillator. We explain in detail the properties of these systems and how we can construct isochronous systems from a large class of integrable systems.We give the proof of one Diophantine conjecture and we will see the connection of the Diophantine properties with orthogonal polynomials and their complete factorization. We identify classes of orthogonal polynomials deﬁned by three term recursion relations depending on a parameter ν , which satisfy also a second recursion involving that parameter, and some of which feature zeros given by formulas involving integers. After, we apply the machinery developed previously to all the polynomials of the Askey scheme. For these polynomials we identify other, new, additional recursion relations involving a shift of some parameters that they feature. For several of these polynomials we obtain factorization formulas for special values of their parameters. We show the connection of our machinery with the discrete integrability, comparing the three term recursion relation with a spectral problem involving a discrete Schr¨dinger operator, o and the second recursion with a discrete time evolution for the eigenfunctions. Following the Lax technique developed in the last three decades we will construct an entire hierarchy of equations, and we will see the relation of this hierarchy with the hierarchy of the discrete time Toda lattice. Finally, we present another approach of the our machinery applied to integrable ODE. We consider the stationary KdV’s hierarchy, but this general procedure could be extended to various soliton hierarchies.

Low energy limit in Loop Quantum Gravity

2011-08-08T23:35:07Z

Low energy limit in Loop Quantum Gravity Magliaro, Elena 2009-01-12 In this doctoral thesis I developed techniques for the study of the low energy limit in Loop Quantum Gravity. Loop Quantum Gravity is a strong candidate theory for the non-perturbative quantization of the gravitational field. Though is unlikely that an experimental verification could be feasible in the next future, one can at least try to recover the correct semiclassical limit of the theory. First of all, the leading order of the 2-point function computed in LQG should reproduce the Newtonian potential in the large distance regime; more in general, the n-point functions of LQG should match with the n-point functions computed in conventional quantum field theory of gravitons. An origianal contribution to the calculation of the graviton propagator in LQG is presented. A second approach to the semiclassical limit is introduced for the first time in this thesis, and it is based on the coherent propagation of semiclassical wavepackets. Both approaches to the analysis of the dynamical sector of LQG are covered extensively.

Pseudoscalar decay constants of kaon and D-mesons from N-f=2 twisted mass Lattice QCD

2011-12-22T13:35:27Z

Pseudoscalar decay constants of kaon and D-mesons from N-f=2 twisted mass Lattice QCD Blossier, Benoît; Dimopoulos, Pedro; Frezzotti, Roberto; Haas, Benjamin; Herdoiza, Gregorio; Jansen, Karl; Lubicz, Vittorio; Mescia, Federico; Palao, David; Shindler, Andrea; Simula, Silvano; Tarantino, Cecilia; Urbach, Carsten; Wenger, Urs 2009-07 Journal of high energy physics 2009 043 We present the results of a lattice QCD calculation of the pseudoscalar meson decay constants f(pi), f(K), f(D) and f(Ds), performed with N-f =2 dynamical fermions. The simulation is carried out with the tree-level improved Symanzik gauge action and with the twisted mass fermionic action at maximal twist. We have considered for the final analysis three values of the lattice spacing, a similar or equal to 0.10 fm, 0.09 fm and 0.07 fm, with pion masses down to m(pi) similar or equal to 270 MeV. Our results for the light meson decay constants are f(K) =158.1(2.4) MeV and f(K)/f(pi) = 1.210(18). From the latter ratio, by using the experimental determination of Gamma(K -> munu(mu)(gamma))/Gamma(pi -> mu nu(mu)(gamma)) and the average value of vertical bar V-ud vertical bar from nuclear beta decays, we obtain vertical bar V-us vertical bar = 0.2222(34), in good agreement with the determination from semileptonic K-13 decays and the unitarity constraint. For the D and D-s meson decay constants we obtain f(D) =197(9) MeV, f(Ds) = 244(8) MeV and f(Ds)/f(D) = 1.24(3). Our result for f(D) is in good agreement with the CLEO experimental measurement. For f(Ds) our determination is smaller than the PDG 2008 experimental average but in agreement with a recent improved measurement by CLEO at the 1.4 sigma level.

A relativistically smeared spectrum in the neutron star X-ray binary 4U1705-44: looking at the inner accretion disc with X-ray spectroscopy

2011-12-22T13:34:34Z

A relativistically smeared spectrum in the neutron star X-ray binary 4U1705-44: looking at the inner accretion disc with X-ray spectroscopy Di Salvo, T.; D'Ai, A.; Iaria, R.; Burderi, L.; Dovciak, M.; Karas, V.; Matt, Giorgio; Papitto, A.; Piraino, S.; Riggio, A.; Robba, N. R.; Santangelo, A. 2009-10 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 398 2022-2027 Iron emission lines at 6.4-6.97 keV, identified with fluorescent Kalpha transitions, are among the strongest discrete features in the X-ray band. These are therefore one of the most powerful probes to infer the properties of the plasma in the innermost part of the accretion disc around a compact object. In this paper, we present a recent XMM-Newton observation of the X-ray burster 4U 1705-44, where we clearly detect a relativistically smeared iron line at about 6.7 keV, testifying with high statistical significance that the line profile is distorted by high-velocity motion in the accretion disc. As expected from disc reflection models, we also find a significant absorption edgeat about 8.3 keV; this feature appears to be smeared, and is compatible with being produced in the same region where the iron line is produced. From the line profile, we derive the physical parameters of the inner accretion disc with large precision. The line is identified with the Kalpha transition of highly ionized iron, Fe xxv, the inner disc radiusis R-in = 14 +/- 2 R-g (where R-g is the Gravitational radius, GM/c2), the emissivity dependence from the disc radius is r-2.27 +/- 0.08, theinclination angle with respect to the line of sight is i = 39 degrees+/- 1 degrees. Finally, the XMM-Newton spectrum shows evidences of other low-energy emission lines, which again appear broad and their profiles are compatible with being produced in the same region where the iron line is produced.

In-Situ Determination of the Performance of the Muon Spectrometer

2011-12-22T13:40:40Z

In-Situ Determination of the Performance of the Muon Spectrometer Diglio, Sara; Orestano, Domizia; Petrucci, Fabrizio; Spogli, Luca 2009 Expected Performance of the ATLAS Experiment - Detector, Trigger and Physics 208-228 The ATLAS muon spectrometer consists of three layers of precision drift-tube chambers in a toroidal magnetic with a field integral between 2.5 and 6 Tm. Muon tracks are reconstructed with 97% efficiency and a momentum resolution between 3% and 4% for 10 GeV< pT <500 GeV and better than 10% for transverse momenta up to 1 TeV. In this note, the performance of a perfectly calibrated and aligned muon spectrometer will be reviewed and the impact of deteriorations of the magnetic field, the calibration and misalignment of the muon chambers on the performance will be discussed. The main part of the note describes how the performance of the muon spectrometer can be determined using dimuon decays of Z bosons and JPsi mesons

A design study of the production of Z bosons in association with b jet in final states with muons with the ATLAS detector at the LHC

2011-06-28T00:01:10Z

A design study of the production of Z bosons in association with b jet in final states with muons with the ATLAS detector at the LHC Diglio, Sara 2009-01-22 The Large Hadron Collider (LHC) is the machine that will provide the highest ever produced energy in the center of mass, reaching the value of s=14 TeV for proton-proton collisions and giving the possibility to produce particles with mass up to few TeV. The work presented in this thesis is carried on in the framework of one of the LHC experiments: the ATLAS experiment. It presents a study of the prospects for measuring the pp ¡ Z + b jet + X channel (where X states for everything in the final state produced in association to the leading process) considering the decay selection Z ¡ µ¢ µ£ and the identification of the b jet in an inclusive mode and through the semi-leptonic decay of the b jet into muons. This process is interested in its own and also as background for many Standard Model and beyond Standard Model physics processes. The wide kinematic range for production of Z + b jet serves as a testing ground for perturbative QCD predictions. In addition the cross section is sensitive to the b quark content in the proton and its precise measurement will help in reducing the current uncertainty on the partonic content of the proton (PDF's). Such uncertainty is presently affecting the potential for discovering new physics at LHC. The main aim of this work has been to develop analysis techniques in order to evaluate the contamination of the signal from backgrounds and to study possible methods to extract signal from such backgrounds. The study was performed using the signal and background events modelled with Monte Carlo generators. Full and fast simulation of the Atlas detector was performed to obtain realistic estimates of the sensitivity of the measurements. An estimation of the main contributors to the systematic uncertainties on signal cross section measurement has also been provided.

Realizzazione e caratterizzazione di TFTs in polisilicio su substrati in polyimide per elettronica su plastica

2011-06-28T00:04:06Z

Realizzazione e caratterizzazione di TFTs in polisilicio su substrati in polyimide per elettronica su plastica Maiolo, Luca 2009-01-27 In questo lavoro di tesi, svoltosi principalmente presso l'Istituto di Fotonica e Nanotecnologie e l'Istituto per la Microelettronica e Microsistemi del CNR, si sono studiate le possibilità di integrazione di componenti elettronici quali transistor a film sottile (TFTs) in polisilicio e altri dispositivi più complessi come circuiti oscillanti, porte logiche e sensori di gas su substrati flessibili polimerici. In una prima fase del lavoro si sono investigate le proprietà fisiche e chimiche di numerosi polimeri quali Polyethylene terephthalate (PET), Polyethylene naphthalate (PEN), Polycarbonate (PC), Polyethersulfone (PES), Polycyclic Olefin (PCO), Polyarylite (PAR) e Polyimide (PI). Si sono studiate poi le caratteristiche di diversi tipi di PI depositati da fase solida o da fase liquida, essendo questo un polimero particolarmente interessante per la sua alta temperatura di vetrificazione (Tg>350°C) e per il suo basso coefficiente termico di espansione (CTE~3-20 ppm/°C). E' stato individuato, infine, un tipo di PI depositato da fase liquida, con caratteristiche fisiche e chimiche soddisfacenti per il processo di integrazione con i dispositivi in polisilicio. Nella seconda fase del lavoro si è messo a punto un processo fabbricativo a bassa temperatura (<350°C) compatibile con il substrato polimerico di PI. Per raggiungere tale obiettivo sono state utilizzate svariate tecniche di deposizione di film sottili e ricristallizzazione con l'unico scopo di ottenere buone performance in termini di caratteristiche elettriche dei dispositivi in polisilicio minimizzando il budget termico a carico del substrato plastico. A tal fine si è usata la tecnica di ricristallizzazione del silicio amorfo da laser ad eccimeri, proteggendo tale polimero con una serie di strati dielettrici in nitruro di silicio e ossido di silicio dello spessore complessivo di circa 500 nm depositati a bassa temperatura (<300°C) da sistemi assistiti da plasma (ECR-PECVD, rf-PECVD). Tali materiali dielettrici depositati a bassa temperatura non solo si sono dimostrati particolarmente utili come strati inorganici barriera o di incapsulamento, ma hanno anche mostrato caratteristiche elettriche e morfologiche adeguate per il loro impiego come dielettrici di gate nei TFTs. Attraverso una serie di misure di rigidità dielettrica e di densità di stati eseguite su strutture capacitive è stato possibile, inoltre, verificare che film di ossido di silicio, di circa 100 nm di spessore, depositati a temperatura ambiente in sistemi ECR-PECVD e successivamente trattati termicamente in atmosfera controllata di azoto a temperature inferiori ai 350°C, mostrano iniezione di carica per campi elettrici di circa 7 MV/cm e tensioni di breakdown per campi >10 MV/cm. I transistor in polisilicio così realizzati, presentano correnti di perdita <10-12 A, rapporto Ion/Ioff pari a 106, mobilità superiori a 50 cm2/Vs, subthrehold slope di circa 1V/dec e tensioni di soglia di 6 V. I TFTs fabbricati su PI non hanno evidenziato, inoltre, apprezzabili variazioni nelle loro caratteristiche di uscita e di trasferimento una volta sottoposti a stress meccanico di tipo tensile o compressivo per raggi di curvatura fino a R=1.3 cm. Sono stati, infine, eseguiti sui TFTs test di stabilità elettrica ed è stato analizzato il fenomeno del self-heating: per tempi crescenti (fino a 104 s) sono state esaminate le caratteristiche di trasferimento e di uscita dei transistor fabbricati su PI osservando un progressivo danneggiamento delle curve a causa della formazione di stati all.interfaccia ossido/semiconduttore, principalmente nella regione di drain dove i campi elettrici sono sensibilmente più elevati: tale fenomeno risulta del tutto simile a quello osservato sui TFTs realizzati su substrati convenzionali. Il fenomeno del self-heating si è invece dimostrato particolarmente critico per questi dispositivi, in quanto il calore generato durante il funzionamento dei transistor si dissipa molto lentamente a causa della scarsa conduzione termica del substrato isolante. Nella terza ed ultima fase di questo lavoro di ricerca abbiamo progettato e caratterizzato dispositivi elettronici basati su polisilicio, più complessi come porte logiche, oscillatori, circuiti di lettura di diversa configurazione e sensori di gas. Questi circuiti in polisilicio realizzati su polyimide hanno costituito il punto di partenza per la fabbricazione di dispositivi su plastica più complessi quali touch-key e dispositivi a radio-frequenza (RF-ID): tali apparati elettronici sono stati progettati in collaborazione con STMicroelectronics e sono attualmente in fase di valutazione brevettuale. Sono stati, infine, progettati e realizzati su PI, sensori di gas di tipo resistivo (IDE) e capacitivo (IDC) con elettrodo patternato a pettine o a griglia e tali strutture sono state integrate con circuiti di lettura basati su transistor in polisilicio realizzati su un film di PI di 8 .m di spessore. Per la rilevazione dell.ammoniaca è stata impiegata la struttura IDE, scegliendo come materiale attivo un film di polyanilina; tale struttura è stata integrata con un circuito di lettura dalla configurazione a micro-bridge e ha mostrato una risposta soddisfacente anche per concentrazioni di ammoniaca molto basse (0.5 ppm). Utilizzando, invece, un film isolante di BCB, spesso circa 1 .m, abbiamo realizzato un sensore di umidità del tipo IDC: tale dispositivo è stato integrato con un circuito di lettura formato da un ring oscillator a tre stadi con carico passivo, realizzato su PI, e ha mostrato una sensitività pari a 7 Hz/RH%, e caratteristiche di stabilità e velocità di risposta del tutto compatibili con i sensori oggi in commercio.

Self-assembled magnetic nanostructured alloys prepared by molecular beam epitaxy on low energy surfaces

2011-06-28T00:01:07Z

Self-assembled magnetic nanostructured alloys prepared by molecular beam epitaxy on low energy surfaces Liscio, Fabiola 2009-01-30 The objective of this work is to understand how the deposition temperature and the nature of substrate can tune the structural and magnetic properties and the morphology of MxPt1-x (M=Co and Fe) nanostructured alloys. The metallic adatoms have been co-deposited by molecular beam epitaxy at different deposition temperature on low energy surfaces as WSe2(0001) and NaCl(001). The characterization has been performed by the using of several techniques. Reflection high energy electron diffraction (RHEED) has been use to follow the epitaxy growth during the deposition; the X-ray diffraction measurements (XRD) has been performed to characterize the structure and extrapolate the long range chemical order parameter; the X-ray absorption spectroscopy (XAS) has been use to probe the local structure; the magnetic anisotropy has been investigated by the superconducting quantum interference devices (SQUID); the morphology was studied by grazing incidence small angle x-ray scattering (GISAXS) measurements, coupled to other characterization techniques (TEM, STM and Field Emission-SEM). A first result is the structural anisotropy at short range observed in the CoPt3 grown at room temperature on WSe2(0001). It is characterized by preferential Co-Co correlations in the film plane extending up to third shell that suggests the formation of Co rich thin disks in the film plane. The cobalt segregation is accompanied with a lattice distortion, where the in-plane bonds are shorter than the out-of-plane bonds. These effects disappear for the samples prepared at higher deposition temperature, Td, in which partial L12 order and larger in-plane bonds are observed. To understand the reason of such Co segregation, CoPt3 nanostructures were formed on the low energy surface, NaCl(001). No L12 ordering was observed by RHEED in nanostructures grown at 670K, and no local anisotropic order in nanostructures grown at 370K was detected by XAS. It suggests that the short range anisotropic order observed in nanostructures grown at room temperature on WSe2 would be driven by Se surfactant effect. An XRD study has been performed on the equiatomic CoPt and FePt alloys. The grown of CoPt on WSe2(0001) leads to the formation of a single crystalline fcc CoPt nanoparticles with [111] orientation even for samples prepared at room temperature. The L10 chemical order starts at 470K. However, increasing the deposition temperature to 720K does not enhance the chemical order parameter, which is only about 0.35. The segregation of Se at elevated deposition temperatures and surface disorder effects associated with a large surface-to-volume ratio might limit the long-range chemical order. Magnetic studies do not indicate the presence of an out-of-plane magnetic anisotropy as previously observed for CoPt3(111) alloys grown on WSe2(0001). The growth of FePt on NaCl(001) leads to the formation of nanoparticles oriented along the [001] direction for Td=520K; the chemical order parameter has been found to be 0.34 and increases to 0.4 for Td=620K. However at this deposition temperature a [110] growth direction is also observed. The size and morphology of the self-assembled CoPt and CoPt3 were studied. Deposits of alloys with various nominal thicknesses (t) and prepared at different Td were measured under incidence angles closed to the critical values of the substrates. The STM observations in nanostructures grown on WSe2 show a decrease of the aspect ratio r=h/l (h and l being the height and the lateral size) with increasing the growth temperature. A change from an hexagonal to triangular shape occurs above 700K in nanostructures higher than 3nm. Facetting is observed by GISAXS with a higher sensitivity to the less inclined 001 side-wall facets, even in minority. For highly dense assemblies as observed for t=1nm, information extracted from GISAXS analysis would be restricted to the upper part of the particles due to a coalescence of their lower part. The nanostructures grown on NaCl(001) have a truncated pyramid shape with an aspect ratio of 0.75 for Td=530K, i.e significantly larger than the ones grown on WSe2 (0.4). The 111 side-wall facets are well observed by GISAXS for nanostructures with lateral size of 10nm, while for smaller nanostructures (l<5nm) simulated patterns cannot differentiate the cubooctahedral shape from the spherical shape.

Studio di bolometri per il lontano infrarosso

2011-06-28T00:00:59Z

Studio di bolometri per il lontano infrarosso Cibella, Sara 2009-01-27 La regione dello spettro elettromagnetico che si riconduce al terahertz è considerata un'autentica zona di frontiera per differenti ambiti tra i quali, per citarne solo alcuni, la fisica, la chimica, la biologia, la scienza dei materiali, la medicina e l'astrofisica. La tecnologia nella "terahertz gap" è ancora agli inizi, scarse sono le sorgenti in questa regione e per quanto riguarda i rivelatori ancora grossi miglioramenti vanno fatti nell'ottica di ottenere un insieme integrato di rivelatori terahertz sensibili e veloci ma non limitati dal rumore termico di background. E' proprio in questo vivace panorama che si può collocare questo lavoro di tesi. Partendo infatti dal lavoro del gruppo di Pekola durante i tre anni di dottorato è stato messo a punto il processo di fabbricazione dello SHAB (Superconducting Hotspot Airbridge Bolometer), microbolometro superconduttore sensibile alla radiazione elettromagnetica THz. E' stata ottimizzata la sua caratterizzazione elettrica a 4.2 K in elio liquido ed in vuoto ed effettuata una completa caratterizzazione ottica mediante l'utilizzo di un criostato a finestra ottica. L'obiettivo prossimo sarà quello di utilizzare il nostro SHAB per la realizzazione di una fotocamera al terahertz che possa essere inserita in un sistema ottico pensato per applicazioni medicali in cui la sorgente sarà un laser a cascata quantica (QCL). Lo SHAB infatti, caratterizzato dall'estrema flessibilità ad integrarsi in configurazioni costituite da più rivelatori vicini, risulta essere uno dei migliori candidati per tali applicazioni nel panorama dei moderni rivelatori al THz. Altro lavoro svolto in questa tesi è lo studio di bolometri di tipo spiderweb per applicazioni astrofisiche la cui fabbricazione è stata realizzata in collaborazione con l'Univeristy of California Santa Barbara. Particolare interesse in questo contesto è stato rivolto alla criogenia necessaria per la caratterizzazione a 320 mK di tali rivelatori.