INDICE
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Unità di misura usate in spettroscopia. Ordini di grandezza caratteristici 1 Spettroscopia. Generalità 2
Parte Prima – Nozioni generali di spettroscopia della materia condensata
Capitolo I – Interazione tra radiazione e materia. L’approccio microscopico 3 1) Regola d’oro e funzione di correlazione 3 2) Principio del bilancio dettagliato 5 3) Il coefficiente di assorbimento 6
3.1) Misura del coefficiente di assorbimento 9 4) Cenni sulle regole di selezione vibrazionali 11
4.1) Modi normali di vibrazione 11 4.2) Operazioni di simmetria (Esempi: CO2, CH4) 13 4.3) Trasformazioni di simmetria e modi normali (Esempi: CO2, CH4) 14 4.4) Regole di selezione vibrazionali (Esempio: CH4) 16 Capitolo II – Interazione tra radiazione e materia. L’approccio macroscopico 19 1) Soluzione delle equazioni di Maxwell nella materia 19 2) Modello di Drude-Lorentz 22
Parte Seconda – Spettroscopia ottica
Capitolo III – Riflettività nei solidi 24
1) Misure assolute di riflettività. Due esempi 24 1.1) Specchio rotante 24 1.2) Sfera di Ulbricht 24 2) Riflettività e indice di rifrazione 25 3) Coefficiente di assorbimento e indice di rifrazione 27 4) Esempio. Riflettività del piano a-b del Nd2CuO4 29 5) Assorbimento da fononi nei cristalli 30
5.1) Modi traversi ottici (TO) 31 5.2) Modi longitudinali ottici (LO) 31 5.3) Polaritoni 33 5.4) Polaroni 34 Capitolo IV – Misura e generazione della radiazione elettromagnetica 35 1) Sorgenti ottiche 37 1.1) Sorgenti coerenti (laser) 38 1.2) Sorgenti incoerenti a righe 41 1.3) Sorgenti incoerenti continue 41 2) La radiazione di sincrotrone (SR) 43
2.1) Spettro della radiazione di sincrotrone 44 2.2) Anello di accumulazione 45
Capitolo V – Spettrometri ottici 50
1) Spettroscopio a prisma 50
2) Monocromatore a reticolo 52
2.1) Reticolo in trasmissione 52
2.2) Reticolo in riflessione (Esempio: Czerny-Turner) 54
2.3) Gamma spettrale 55
2.4) Risoluzione teorica del reticolo 55
2.5) Ghosts (Righe fantasma) 56
2.6) Risoluzione pratica del monocromatore 56
2.7) Reticoli blazed 58
3) Un uso del monocromatore: la fotoluminescenza (cenni) 60 3.1) Processi di ricombinazine 61
4) L’interferometro di Michelson 62
4.1) Interferogramma (IGM) e spettro 63
4.2) Apodizzazione 67
4.3) Risoluzione pratica dell’interferometro 68
4.4) Campionamento dell’IGM e trasformata discreta di Fourier 69 4.5) Aliasing 71
4.6) Spettroscopia in trasformata di Fourier risolta in tempo 72
5) L’interferometro di Fabry-Perot (F-P) 73
5.1) Osservazione col Fabry-Perot dello scattering di Brillouin 76 Capitolo VI – Rivelatori ottici 77
1) Figure di merito 77
2) Rivelatori fotonici 78
2.1) Fototubi a fotomoltiplicatori 78
2.2) Charge Coupled Device (CCD) 80
2.3) Fotoresistenze e Fotodiodi 81
3) Rivelatori termici 83
3.1) Bolometro 83
3.2) Piroelettrici 84
3.3) Cella di Golay (1947) 84
Capitolo VII – Ottiche di raccordo 85
1) Richiami di ottica 85
2) F-number 86 3) Apertura Numerica N.A. 87
4) Aberrazioni 89 4.1) Aberrazione cromatica 89
4.2) Aberrazione sferica 90
4.3) Coma a “chioma” 90
4.4) Astigmatismo 91
4.5) Distorsione 91
4.6) Curvatura di campo 92
4.7) Diffrazione 92
5) Specchi 93
5.1) Specchi sferici 94
5.2) Specchi asferici 94
6) Sistemi ottici centrati 95
6.1) Sistema di due elementi 95
6.2) Sistema di più elementi 96
6.3) Sistemi di due lenti a focale infinita 97 6.4) Microscopio semplice (Galileo 1610) 98
6.5) Microscopio composto 99 6.6) Doppietto acromatico 100 6.7) Materiali per componenti ottiche (filtri, finestre, beam-splitter) 101
Capitolo VIII – Altre tecniche spettroscopiche 103 1) La diffusione dei neutroni 103
1.1) Interazione dei neutroni con la materia 103 1.2) Diffusione elastica da un cristallo 104 1.3) Diffusione anelastica dei neutroni 108 2) Esempio: Il CH4solido a T=0 111 3) Diffusione della luce e spettroscopia Raman 113
3.1) Spettroscopia Raman in liquidi e gas 115 3.2) Set-up di un esperimento Raman 117 4) Spettroscopia in fotoemissione 119
4.1) Rivelatore di elettroni per fotoemissione 122 5) Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) 123 5.1) Teoria EXAFS (Sayers et al. 1971) 124 5.2) Esempio di nalisi dei dati EXAFS 128 6) Misure di suscettività magnetica 131
6.1) Misura della suscettività con il metodo di Hartshorn χ 132 6.2) Rivelazione del segnale v(t)∝χeiϕ 133 Capitolo IX – Generalità sulla tecnica del vuoto 136
1) Linee da vuoto. Analogia con il caso elettrico 136 2) Calcolo dell’impedenza di un’apertura in alto vuoto 138
2.1) Conduttanza di un tubo cilindrico 139 2.2) Velocità di aspirazione dopo un’impedenza 139 2.3) Velocità di aspirazione di una pompa 139 2.4) Tempo di svuotamento 140 2.5) Misura della velocità di aspirazione a pressione costante 141 3) Pompe da vuoto 142
3.1) Pompe da basso vuoto 142 3.2) Pompe da alto vuoto 144 3.3) Pompe da ultra-alto vuoto 145 3.4) Connessioni da vuoto 146 3.5) Schema generale di un circuito da alto vuoto 147 3.6) Ricerca delle fughe 147 3.7) Procedura di ricerca con un cercafughe 148 4) Vacuometri 149
4.1) Vacuometri idrostatici 149 4.2) Vacuometri a scarica 150 4.3) Vacuometri a conducibilità termica 150 4.4) Vacuometri a ionizzazione 151 5) Alcuni apparati criogenici 152 5.1) Criostato a flusso d’elio 152 5.2) Criopompa/Criogeneratore 152 5.3) Ciclo Gifford-MacMahon 153
Appendice – Relazioni di Kramers-Kronig (K-K) 155
