DINAMICA DI RILASSAMENTO IN VETRI CALCOGENURI STUDIATA MEDIANTE

DINAMICA DI RILASSAMENTO IN VETRI CALCOGENURI STUDIATA MEDIANTE SPETTROSCOPIA DI FOTOCORRELAZIONE Laureanda: Eleonora Benhar Noccioli Relatore: Tullio Scopigno

SOMMARIO v Motivazione v Il problema fisico La transizione vetrosa v Viscosità e fragilità v v La tecnica sperimentale v I risultati sperimentali v Conclusioni Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

MOTIVAZIONE v 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. v 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”. v La fenomenologia della transizione vetrosa è importante anche in ambito industriale, nelle scienze naturali e nella biologia. v I vetri calcogenuri sono oggetto di grande interesse per le molte applicazioni ottiche ed elettroniche, ed in particolare perché sono fotosensibili. v 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) Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

IL PROBLEMA FISICO: LA TRANSIZIONE VETROSA v Analisi termodinamica della transizione vetrosa: calore scambiato da un liquido in fase di raffreddamento v Rappresentazione schematica delle fasi liquida (A), vetrosa (B) e cristallina (C) Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

IL PROBLEMA FISICO: VISCOSITÀ E FRAGILITÀ v A livello macroscopico, il parametro che controlla la vetrificazione è la viscosità, il cui comportamento al diminuire della temperatura in prossimità di T g permette di classificare i materiali vetrosi. Angell plot v Vetri duri: v Vetri fragili: v La transizione vetrosa è convenzionalmente caratterizzata da v Relazione di Maxwell: v Dal valore tipico di un vetro, segue che Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

IL PROBLEMA FISICO: VISCOSITÀ E FRAGILITÀ v Per avere una distinzione quantitativa, si definisce la fragilità v Il concetto di fragilità in questo contesto, non ha nulla a che vedere con la fragilità intesa in senso comune Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

LA TECNICA SPERIMENTALE v In un esperimento di scattering dinamico della luce, un fascio monocromatico incide sul campione in esame v Quando le molecole vengono investite dal campo elettrico incidente esse divengono sorgente secondaria e diffondono luce v La diffusione della luce è il risultato delle fluttuazioni locali della costante dielettrica del campione, dovute a loro volta al moto delle molecole Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

LA TECNICA SPERIMENTALE v Schematizzando il campo incidente come un’onda piana, il campo diffuso a grande distanza R è: dove è la componente del tensore di fluttuazione della costante dielettrica tra le direzioni di polarizzazione iniziale e finale v Misurando le proprietà temporali della radiazione diffusa si ottengono informazioni v sulla dinamica del campione Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

LA TECNICA SPERIMENTALE v La quantità di interesse è dunque la funzione di correlazione del campo: v Con il metodo omodino la quantità direttamente misurabile è la funzione di correlazione dell’intensità del campo: METODO OMODINO AUTOCORRELATORE LUCE DIFFUSA RIVELATORE v MEMORIZZATORE In approssimazione gaussiana si può esprimere la funzione di correlazione dell’intensità in funzione di quella del campo, I 1(t): Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

I RISULTATI SPERIMENTALI v Rappresentazione schematica del nostro apparato strumentale v Abbiamo utilizzato un campione di As 10 S 90 , materiale che appartiene alla categoria dei vetri calcogenuri v I vetri calcogenuri sono materiali vetrosi inorganici composti da elementi del sottogruppo VI -A (Calcogeni, S, Se, Te), e da elementi più elettropositivi, quali l’As o il Ge Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

I RISULTATI SPERIMENTALI v In laboratorio abbiamo effettuato misure a 12 temperature diverse (160°C<T<270°C) v Abbiamo visto che il nostro campione presenta due processi di rilassamento, quindi nell’eseguire i fit abbiamo generalizzato una funzione KWW al caso di due decadimenti: Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

I RISULTATI SPERIMENTALI v Per ogni temperatura abbiamo ricavato dai fit due valori τi e βi (i=1, 2), e da questi i valori medi dei tempi di rilassamento strutturale v Il fit VFT è stato effettuato fissando il parametro T al valore ottenuto analizzando i dati di un esperimento di viscosimetria 0 Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

I RISULTATI SPERIMENTALI v Abbiamo ottenuto i seguenti risultati sperimentali: v Abbiamo infine costruito l’Angell plot per i due tempi di rilassamento strutturale Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

CONCLUSIONI v I risultati ottenuti mostrano la presenza di due distinti valori di Tg e di m v Risultati analoghi sono stati ottenuti in calorimetria v Al contrario gli esperimenti di viscosimetri evidenziano una sola temperatura di transizione vetrosa e dunque una sola fragilità (Tg(1), m(1)), i cui valori sono in accordo con quelli ottenuti Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

CONCLUSIONI v Il duplice processo di rilassamento osservato può essere ricondotto alla particolare struttura dei sistemi As. S ad alta concentrazione di zolfo Ancora oggi l’interpretazione delle due fasi vetrose rimane controversa, e v sistemi quali l’ As 10 S 90 sono oggetto di intenso studio v Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008

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