B2291 - X-RAY AND ELECTRONS FOR NANOSCALE ANALYSIS OF MATTER

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student will learn the basic notions regarding the physical mechanisms of the interaction between X-rays and condensed matter in both a macroscopic and microscopic approach and the most important properties of synchrotron radiation sources, with emphasis on the underlying physics. Moreover, the student will learn the basics of the main experimental X-ray methods (such as X-ray diffraction, X-ray absorption spectroscopy and photoemission) and their recent application to current research topics.

Contenuti

The objective of the course is to describe the physical mechanisms of the interaction between x-rays/electrons and matter; as well as the main experimental methods used in modern research in condensed matter physics and related areas such biophysics, medical physics, cultural heritage and environmental science.

Introduction to X-ray physics: semiclassical theory of the interaction between x-ray radiation and hydrogen-like atoms; electron-specimen interaction: elastic and inelastic scattering processes.

Synchrotron radiation and free electron laser sources. Electron sources and optics.

Experimental techniques: X-ray absorption spectroscopy, X-ray diffraction, X-ray photoemission spectroscopy, electron microscopy and diffraction, electron energy loss spectroscopy.

Testi/Bibliografia

Copia delle presentazioni utilizzate a lezione, reperibili su Virtuale.

Libri di testo per approfondimento:

• “Synchrotron Radiation: Basics, Methods and Applications”, a cura di S. Mobilio, F. Boscherini e C. Meneghini, Springer (2015). Chapters: A. Balerna and S. Mobilio, Introduction to Synchrotron Radiation; P. Fornasini, Introduction to X-ray absorption spectroscopy; C. Mariani e G. Stefani, Photoemission Spectroscopy: fundamental aspects.
  
• S. Hüfner, Photoelectron Spectroscopy – Principles and Applications, 3rd ed. (Berlin, Springer, 2003)
• B.E. Warren, X-ray diffraction, Dover, New York, 1990.
• L. Reimer, H. Kohl; Transmission Electron Microscopy, Springer (2008)

Ulteriori fonti per approfondimento:

• P. Fornasini, lezione X – ray absorption spectroscopy, reperibile sul sito www.synchrotron-radiation.it (Attività SILS/ scuola di Luce / Grado 2013).
• C. Meneghini, lezione The XANES Region, reperibile sul sito reperibile sul sito www.synchrotron-radiation.it (Attività SILS/ scuola di Luce / Grado 2013).
• B. Bunker, Introduction to XAFS: a practical guide to X-ray absorption spectroscopy, Cambridge University Press (2010).
• J. Als – Nielsen and D. McMorrow, Introduction to Modern X-ray Physics, Wiley, New York, 2001.
•  D. Attwood, Soft X-rays and extreme ultraviolet radiation, Cambridge University Press (1999).
• R.F. Egerton, Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, Springer (2011)

Metodi didattici

Lezioni frontali alla lavagna e con presentazioni tramite PC e videoproiettore.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale, consistente in due parti. Nella prima parte lo studente illustrerà a scelta uno dei metodi sperimentali descritti a lezione, affrontando i fondamenti fisici, gli aspetti sperimentali, le caratteristiche e qualche esempio di applicazione. La seconda parte verterà sugli aspetti generali del programma: proprietà dei raggi X, sorgenti di luce di sincrotrone, interazione raggi X - materia, Interazione elettrone-materia.

Iscrizione alla lista d'esame tramite almaesami in gruppi di 3 studenti ogni ora e mezza, 12 studenti al giorno.

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni powerpoint, copia delle quali è disponibile per gli studenti on line

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Raffaello Mazzaro

Consulta il sito web di Federico Boscherini

Consulta il sito web di Francesco Borgatti