Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione
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DINAMICA DI RILASSAMENTO IN VETRI CALCOGENURI STUDIATA MEDIANTE SPETTROSCOPIA DI FOTOCORRELAZIONE Laureanda: Eleonora Benhar Noccioli Relatore: Tullio Scopigno
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Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione. Laureanda: Eleonora Benhar Noccioli Relatore: Tullio Scopigno. Sommario. Motivazione Il problema fisico La transizione vetrosa Viscosità e fragilità La tecnica sperimentale - PowerPoint PPT Presentation
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DINAMICA DI RILASSAMENTO IN VETRI CALCOGENURI STUDIATA MEDIANTE SPETTROSCOPIA DI FOTOCORRELAZIONE
Laureanda:
Eleonora Benhar Noccioli
Relatore:
Tullio Scopigno
SOMMARIO
Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008
MOTIVAZIONE
Dinamica di rilassamento in vetri calcogenuri studiata mediante spettroscopia di fotocorrelazione 27/10/2008
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
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Analisi termodinamica della transizione vetrosa: calore scambiato da un liquido in fase di raffreddamento
Rappresentazione schematica delle fasi liquida (A), vetrosa (B) e cristallina (C)
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
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Vetri duri:
Vetri fragili:
Relazione di Maxwell:
La transizione vetrosa è convenzionalmente
caratterizzata da
Dal valore tipico di un vetro,
segue che
TAe /
)/( 0TTAe
G
sTg 100)(
PaG 1010
poiseTg1310)(
Angell plot
IL PROBLEMA FISICO: VISCOSITÀ E FRAGILITÀ
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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
)/(
)(loglim 10
TTd
dm
gTT g
LA TECNICA SPERIMENTALE
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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 campione, dovute a loro volta al moto delle molecole
LA TECNICA SPERIMENTALE
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Schematizzando il campo incidente come un’onda piana, il campo diffuso a grande distanza R è:
),(4
),( )(
0
02
tqeR
EktRE if
tRkif
sif
ifif ntqntq ,,
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
dove
LA TECNICA SPERIMENTALE
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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
ssT
ss dttEtET
RERE0
* 1lim,0,
22*2 0 tEEtI ss
2
1
2
12 0 tIItI
LUCE DIFFUSA
RIVELATORE
AUTOCORRELATORE
MEMORIZZATORE
METODO OMODINO
I RISULTATI SPERIMENTALI
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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 VI-A (Calcogeni, S, Se, Te), e da elementi più elettropositivi, quali l’As o il Ge
I RISULTATI SPERIMENTALI
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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 nell’eseguire i fit abbiamo generalizzato una funzione KWW al caso di due decadimenti:
I RISULTATI SPERIMENTALI
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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
Il fit VFT è stato effettuato fissando il parametro T0 al valore ottenuto analizzando i dati di un esperimento di viscosimetria
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I RISULTATI SPERIMENTALI
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Abbiamo ottenuto i seguenti risultati sperimentali:
Abbiamo infine costruito l’Angell plot per i due tempi di rilassamento strutturale
527
)477(
)1(
)1(
m
CTg
620
)5140(
)2(
)2(
m
CTg
CONCLUSIONI
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I risultati ottenuti mostrano la presenza di due distinti valori di Tg e di m
Risultati analoghi sono stati ottenuti in calorimetria
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
CONCLUSIONI
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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 sistemi quali l’ As10S90 sono oggetto di intenso studio
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Amor
phous s
olid
liquid
[m]
Se
