(Seminario)

DINAMICA DI RILASSAMENTO IN

VETRI CALCOGENURI STUDIATA

MEDIANTE SPETTROSCOPIA DI

FOTOCORRELAZIONE

Laureanda:

Eleonora Benhar Noccioli Relatore:

MOTIVAZIONE

 _{Allo stato solido i materiali possono presentarsi in forma cristallina o amorfa: nel primo}

caso gli atomi sono disposti in modo da formare un reticolo cristallino, mentre nel secondo vi è totale assenza di periodicità spaziale. Si parla in questo secondo caso di sostanze

vetrose.

 _{Secondo P.W. Anderson, premio Nobel per la fisica nel 1977, “La transizione vetrosa è il}

problema più interessante e profondo non ancora risolto della Fisica della materia”.

 _{La fenomenologia della transizione vetrosa è importante anche in ambito industriale, nelle}

scienze naturali e nella biologia.

 _{I vetri calcogenuri sono oggetto di grande interesse per le molte applicazioni ottiche ed}

elettroniche, ed in particolare perché sono fotosensibili.

 _{Nel nostro ambito, gli elementi Calcogeni sono interessanti perché si possono ottenere}

facilmente allo stato vetroso e perché formano composti che si legano in catene di lunghezza variabile (living polymers)

IL PROBLEMA FISICO: LA TRANSIZIONE

VETROSA

 _{Analisi termodinamica della transizione vetrosa: calore scambiato da un liquido in fase di}

raffreddamento

 A livello macroscopico, il parametro che controlla la vetrificazione è la

viscosità, il cui comportamento al diminuire della temperatura in prossimità di Tg permette di classificare i materiali vetrosi.

IL PROBLEMA FISICO: VISCOSITÀ E

FRAGILITÀ

 Vetri duri:

 Vetri fragili:

 _{Relazione di Maxwell:}

 La transizione vetrosa è convenzionalmente

caratterizzata da

 Dal valore tipico di un vetro,

segue che T A

e











e











 G

s

T

)

100

(





Pa

G



10

poise

T

₎

₁₀

(





Angell plot

IL PROBLEMA FISICO: VISCOSITÀ E

FRAGILITÀ

 _{Per avere una distinzione quantitativa,}

si definisce la fragilità

 Il concetto di fragilità in questo contesto, non

ha nulla a che vedere con la fragilità intesa in senso comune

)

/

(

)

(log

lim

T

T

d

d

m





LA TECNICA SPERIMENTALE

 In un esperimento di scattering dinamico della luce, un fascio monocromatico incide sul

campione in esame

 Quando le molecole vengono investite dal campo elettrico incidente esse divengono

sorgente secondaria e diffondono luce

 La diffusione della luce è il risultato delle fluttuazioni locali della costante dielettrica del

LA TECNICA SPERIMENTALE

 Schematizzando il campo incidente come un’onda piana, il campo diffuso a grande

distanza R è:

)

,

(

4

)

,

(

t

q

e

R

E

k

t

R

E











 

 

q

,

t



n







q

,

t



n



 _{Misurando le proprietà temporali della radiazione diffusa si ottengono informazioni}

 _{sulla dinamica del campione}

è la componente del tensore di fluttuazione della costante dielettrica tra le direzioni di polarizzazione iniziale e finale

LA TECNICA SPERIMENTALE

 La quantità di interesse è dunque la funzione di correlazione del campo:

 _{Con il metodo omodino la quantità direttamente misurabile è la funzione di}

correlazione dell’intensità del campo:

 In approssimazione gaussiana si può esprimere la funzione di correlazione

dell’intensità in funzione di quella del campo, I1(t):

  



_



  

 



 

 



t

E

0

E

t

I

 

 

 

t

I

0

I

t

I





I RISULTATI SPERIMENTALI

 _{Rappresentazione schematica del nostro apparato strumentale}

 _{Abbiamo utilizzato un campione di As10S90 , materiale che appartiene alla categoria dei vetri}

calcogenuri

 I vetri calcogenuri sono materiali vetrosi inorganici composti da elementi del sottogruppo

I RISULTATI SPERIMENTALI

 In laboratorio abbiamo effettuato misure a 12 temperature diverse (160°C<T<270°C)

 _{Abbiamo visto che il nostro campione presenta due processi di rilassamento, quindi}

I RISULTATI SPERIMENTALI

 Per ogni temperatura abbiamo ricavato dai fit due valori τ_i e β_i (i=1, 2), e da

questi i valori medi dei tempi di rilassamento strutturale

 _{Il fit VFT è stato effettuato fissando il parametro T0 al valore ottenuto analizzando i}

dati di un esperimento di viscosimetria

         i i i i _{ }   1

I RISULTATI SPERIMENTALI

 Abbiamo ottenuto i seguenti risultati sperimentali:

 _{Abbiamo infine costruito l’Angell plot per i due tempi di rilassamento strutturale}

5

27

)

4

77

(









m

C

T

6

20

)

5

140

(









m

C

T

CONCLUSIONI

 I risultati ottenuti mostrano la presenza di due distinti valori di T_g e di m

 Risultati analoghi sono stati ottenuti in calorimetria

 Al contrario gli esperimenti di viscosimetri evidenziano una sola temperatura di

CONCLUSIONI

 _{Il duplice processo di rilassamento osservato può essere ricondotto alla particolare}

struttura dei sistemi AsS ad alta concentrazione di zolfo



Ancora oggi l’interpretazione delle due fasi vetrose rimane controversa, e

Amor phou s sol id liquid

 [m]

Se