Scienze fisiche

Settori scientifico disciplinari compresi nell'area 2:

  • FIS/01 FISICA SPERIMENTALE
  • FIS/02 FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
  • FIS/03 FISICA DELLA MATERIA
  • FIS/04 FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
  • FIS/05 ASTRONOMIA E ASTROFISICA
  • FIS/06 FISICA PER IL SISTEMA TERRA E IL MEZZO CIRCUMTERRESTRE
  • FIS/07 FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
  • FIS/08 DIDATTICA E STORIA DELLA FISICA

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Recent Submissions

Now showing 1 - 5 of 98
  • Publication
    Development of quantum well structures for multi band photon detection
    (Università degli studi di Trieste, 2015-03-25)
    Ganbold, Tamiraa
    ;
    Biasiol, Giorgio
    La ricerca qui presentata è incentrata sullo sviluppo di tecnologie innovative per la produzione di rivelatori di posizione di fasci fotonici veloci (pBPM) per applicazioni in luce di sincrotrone (SR) e laser a elettroni liberi (FEL). Nel nostro lavoro abbiamo proposto un rilevatore in-situche ha dimostrato velocità di risposta ed omogeneità sia per scopi di diagnostica che di calibrazione. I dispositivi sono basati su pozzi quantici (QW) dimateriali semiconduttori InGaAs / InAlAs,che offrono diversi vantaggi grazie alla loro gap di banda diretta e a bassa energia, e all’alta mobilità elettronica a temperatura ambiente. I QW metamorfici diIn0.75Ga0.25As/In0.75Al0.25As contenenti un gas di elettroni bidimensionali (2DEG) sono staticresciuti tramite epitassia a faci molecolari (MBE). Tali materiali presentano alcune differenze notevoli rispetto al diamante, che è il materiale utilizzato per i rivelatori commerciali allo stato dell’arte. Innanzitutto, i costi di produzione e di fabbricazione sono molto più bassi. Poi, il coefficiente di assorbimento è molto superiore al diamante su una vasta gamma di energie di raggi X, il che li rende ampiamente complementari in possibili applicazioni. Inoltre, utilizzando semiconduttori composti si possono fabbricare dispositivi con diverse combinazioni di materiali per la barriera ed il QW;ciòha permesso di ridurre la gap di energia fino a 0.6 eV. La disponibilità e la ripetibilità di fabbricazione dei dispositivi è migliore rispetto a quelle del diamante. Quattro configurazioni di dispositivi a QW pixelati sono stati testati con diverse fonti di luce, come radiazione di sincrotrone, tubo a raggi X convenzionali e laser ultra veloce nel vicinoUV. In questa tesi, dopo aver introdotto i dispositivi a QW per utilizzo comepBPM, saranno riportati e discussii risultati più importanti ottenuti. Tali risultati indicano che questi rivelatori rispondono con tempi di 100-ps a impulsi laser ultraveloci, cioè un fattore 6 più velocirispetto a rivelatori a semiconduttori commerciali allo stato dell’arte. La precisione raggiunta nella stima della posizione del fascio fotonico è di 800nm, da confrontare con i 150nm di rivelatori a diamante commerciali. Inoltre, i nostri rivelatori di fotoni a QW lavorano a tensioni molto inferiori rispetto aipBPMs esistenti.Infine, test con raggi X da radiazione di sincrotrone mostrano come questi dispositivi presentano elevate efficienze di raccolta di carica, che possono essere imputabili all'effetto di moltiplicazione di carica del gas di elettroni 2D all'interno del pozzo. Tutti questi vantaggi rispetto ai rivelatori esistenti basati sul diamante, rendono i nostri dispositivi potenzialmente molto attrattivi come alternativa a quelli commerciali.
      810  759
  • Publication
    A numerical framework for multiple phase cloud microphysics in regional and global atmospheric models
    (Università degli studi di Trieste, 2015-04-28)
    Nogherotto, Rita
    ;
    Tompkins, Adrian Mark
    The Regional Climate Model RegCM4 (Giorgi et al., 2012) treats nonconvective clouds and precipitation following the Subgrid Explicit SUBEX param- eterization (Pal et al., 2000). This scheme includes a simple representation for the formation of raindrops and solves diagnostically the precipitation: rain forms when the cloud water content exceeds the autoconversion threshold, that is an increasing function of the temperature and assumes different values over the land and over the ocean to account for the difference in number of the cloud condensation nuclei over continental and oceanic regions. The SUBEX scheme does not account for the presence of clouds ice, and the fraction of ice is diagnosed as a function of temperature in the radiation scheme. Due to the increasing emphasis on cloud representations in the climate community and the forthcoming increasing resolution due to the inclusion, in the close future, of a non-hydrostatic compressible core, the treatment of the ice microphysics and a prognostic representation of the precipitation is required in RegCM4. This thesis presents the new parameterization for stratiform cloud microphysics and precipitation implemented in RegCM4. The approach of the new parameterization is based on an implicit numerical framework recently developed and implemented into the ECMWF operational forecasting model (Tiedtke, 1993). The new parameterization solves 5 prognostic equations for the water vapour, the liquid water, the rain, the ice and the snow mixing ratios. It allows a proper treatment of mixed-phase clouds and a more physically realistic representation of the precipitation as it is no more an instantaneous response to the microphysical processes occurring in clouds and is subjected to the horizontal advection. A first discussion of the results contains an evaluation of the vertical distributions of the main microphysical quantities, such as the liquid and ice water mixing ratios and the relative fractions. It also presents a series of sensitivity tests to understand how the moisture and radiation quantities respond to the variation of the microphysical parameters used in the scheme, such as the fall speeds of the falling categories, the autoconversion scheme and the evaporation coefficient. Cloud properties are afterwards evaluated through the implementation for RegCM4 of the new cloud evaluation COSP tool (Bodas-Salcedo et al., 2011), developed by the Cloud Feedback Model In- tercomparison Project (CFMIP), that facilitates the comparison of simulated clouds with observations from passive and active remote sensing by diagnosing from model outputs the quantities that would be observed from satellites if they were flying above an atmosphere similar to that predicted by the model. Different hypothesis are presented to explain the reasons for RegCM4 biases in representing different types of clouds over the tropical band and new prospectives for the future investigations designed to answer to the open questions are outlined.
      1111  918
  • Publication
    Design and realization of nanoelectromechanical and plasmonic devices for raman spectro-microscopy
    (Università degli studi di Trieste, 2015-03-25)
    Cassese, Damiano
    ;
    Lazzarino, Marco
    Lo sviluppo di nano-dispositivi per la misura di molecule biologiche e non biologiche è uno dei campi più importanti e in via di sviluppo della nanotecnologia. La possibilità di studiare cellule in vivo e di capirne le caratteristiche a livello molevolare ha contribuito enormemente all'avanzamento degli studi biologici negli ultimi decenni. Fra le tecniche più utilizzate, le Scanning Probe Microscopies (SPM) hanno una speciale rilevanza: sono non distruttive, con una bassa perturbazione dei sistemi studiati e permettono misure in aria e in liquido. Tali tecniche tuttavia non permettono il riconoscimento chimico, aspetto importante nello spiegare molti meccanismi cellulari. Una delle spettroscopie più utilizzate a tale scopo è il Raman, che permette il riconoscimento delle specie chimiche senza danneggiare i campioni ed è stato ampiamente utilizzato in molti studi biologici. Una combinazione di una tecnica SPM e della spettroscopia Raman è il Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS): la stessa punta è usata per ricostruire le proprietà meccaniche e per illuminare localmente il campione per estrarne informazioni chimiche. Tale combinazione rende il TERS uno strumento molto potente per lo studio di strutture nanometriche. In questo lavoro di tesi abbiamo esplorato la possibilità di realizzare una punta TERS basata su un nanofilo in materiale semiconduttore cresciuto epitassialmente sulla punta di un cantilever per AFM. Il dispositivo, compatibile con le strumentazioni AFM disponibili sul mercato, ha come scopo lo sfruttamento della risonanza plasmonica creata nella particella metallica presente sulla cima del nanofilo: il segnale Raman può essere potenziato sfruttando il campo elettrico molto intenso creato in questo modo. | 910 | Abstract Nel primo capitolo si introduce le basi della tecnica AFM e vengono presentati due studi compiuti su cellule mesoteliali tramite questa microscopia. Nel secondo capitolo vengono presentati i nanofili in silicio: sono riportati i risultati ottenuti nella crescita di tali strutture, quindi vengono analizzate la citotossicità e la proliferazione di cellule su substrati di nanofili di silicio. Misure di microscpettroscopia Raman su nanofili di GaAs sono riportate nel capitolo 3: è stato studiato il cambiamento di struttura cristallina di tali nanofili dovuta a procedimenti di riscaldamenti controllati. Il capitolo 4 affronta lo studio delle proprietà SERS di nanofili di materiali e strutture diverse; sono presentati risultati sperimentali e calcoli ottenuti tramite simulazioni ad elementi finiti (FEA). Infine nel capitolo 5 presentiamo un innovativo procedimento per la fabbricazione di punte TERS a singolo nanofilo. In Appendice sono presentate brevemente le tecniche fabbricative usate durante il lavoro di tesi.
      802  827
  • Publication
    DNA ORIGAMI ACTUATION AS A POWERFUL DYNAMIC AND TUNABLE ARCHITECTURE FOR PLASMONIC STRUCTURE
    (Università degli studi di Trieste, 2015-03-24)
    Piantanida, Luca
    ;
    Lazzarino, Marco
    In questa tesi presento il mio lavoro di ricerca di Dottorato in Nanotecnologie. Questo studio è concentrato sull'uso di nanotecnologia a DNA come strumento per la creazione di strutture nano-biologiche e funzionalizzazione di particelle d'oro. Le nano-particelle d'oro sono state largamente studiate e le loro proprietà sono state sfruttate per importanti applicazioni come la spettroscopia Raman, la rilevazione biologica e la terapia medica. Queste nano-particelle sono caratterizzate da una risonanza ottica plasmonica e proprietà di dispersione della luce ben definite ed esistono numerosi protocolli di provata efficienza per la loro funzionalizzazione chimica. Tra questi, il protocollo di auto-assemblaggio di DNA si è dimostrato eccellente nel comporre strutture di nano-particelle con dimensioni e forma controllate. Questo approccio è stato impiegato per l'ingegnerizzazione di proprietà ottiche, per la creazione di "hot spot” nel campo plasmonico in aggregati di nano-particelle e anche per la formazione di righelli plasmonici con dimeri di nano-particelle nei quali la loro spaziatura è controllata con precisione nanometrica. In questo studio confronto due strategie per la formazione di dimeri di nano-particelle d'oro usando l'ibridizzazione del DNA. Una di queste strategie mi ha permesso di raggiungere una al resa del 26% di formazioni di dimeri rispetto al totale delle AuNP, senza ulteriori procedure di filtrazione, dato che rappresenta il valore più alto riportato in letteratura; inoltre questo dato è stato replicato utilizzando sequenze di DNA molto corte, fino ad 11 nucleotidi, condizione che normalmente riduce l’efficienza del processo. Nella seconda parte della mia tesi, ho combinato le proprietà plasmoniche delle nano-particelle d'oro con strutture a DNA origami in modo da creare sistemi ibridi tra di loro. Questa combinazione mi ha permesso di esplorare architetture innovative per la il controllo della plasmonica con la prospettiva di essere un punto di partenza per lo sviluppo di biosensori. Ho sviluppato una strategia per un controllo innovativo, reversibile e continuo della risonanza plasmonica usando un'attuazione basata su DNA origami. Il meccanismo di attuazione è basato sull'ibridizzazione del DNA, in particolare si è visto uno spostamento del picco di risonanza fino a 6 nm utilizzando tre sequenza di DNA diverse. Il sistema proposto è potrà essere utilizzato per lo studio dei meccanismi di ibridazione di DNA in condizioni di stress controllato, oppure potrà essere usato come piattaforma per un controllo continuo della posizione della risonanza plasmonica o in spettroscopia Raman.
      814  1848
  • Publication
    ANALYSIS AND CHARACTERIZATION OF SYSTEMATIC EFFECTS RELATED TO THE STUDY OF COSMIC MICROWAVE BACKGROUND ANISOTROPIES WITH THE PLANCK LFI INSTRUMENT
    (Università degli studi di Trieste, 2015-04-14)
    Tavagnacco, Daniele
    ;
    Zacchei, Andrea
    ;
    Gregorio, Anna
    Il satellite Planck è il diretto successore europeo del satellite americano WMAP. Planck è lo strumento di terza generazione per lo studio del CMB dallo spazio ed è composto da una matrice di 74 ricevitori suddivisi in due strumenti, Low Frequency Instrument (LFI) e High Frequency Instrument (HFI), che osserva il cielo in nove frequenze nell'intervallo tra i 30 GHz ed 857 GHz. Tutti i ricevitori osservano il cielo contemporaneamente e continuamente con una risoluzione angolare che va dai ~30 arcominuti, alla frequenza più bassa, ai ~5 arcominuti, alla frequenza più alta, ed una sensibilità dell'odine di ~10^(-6). Planck è stato lanciato nel Maggio del 2009 e, prima del suo completo spegnimento nell'Ottobre del 2013, lo strumento LFI ha continuamente e stabilmente osservato il cielo per 1513 giorni operativi (OD), che corrispondono a otto complete mappe del cielo. I dati di Planck rilasciati nel 2013 includono le mappe di temperatura del CMB basate sul periodo nominale della missione, che copre gli OD dal 91 al 563. Questa tesi presenta la caratterizzazione degli effetti sistematici di LFI effettuata per i dati di Planck rilasciati nel 2013, con una particolare attenzione all'effetto spikes a 1 Hz. Dall'analisi effettuata, tutti gli effetti sistematici conoscuti di LFI risultano sotto controllo e il loro contributo nello spettro di potenza delle mappe di temperatura del cielo prodotte è sensibilmente inferiore al segnale delle anisotropie del CMB. Dai null test effettuati risulta inoltre che tutti gli effetti sono propriamente corretti. nell'analisi dei dati e che non è presente alcun indizio di ulteriori sistematici sconosciuti. L'effetto delle spikes a 1 Hz è causato da una inattesa interferenza tra le linee di acquisizione dei dati scientifici e quelle dell'housekeeping, che avviene nell'elettronica di lettura di LFI. Questo effetto, individuato per la prima volta durante i test a terra dello strumento, si manifesta come un'onda quadra alla frequenza di 1 Hz che si sovrappone alle tensioni in uscita da tutti i ricevitori di LFI. I ricevitori che più risentono di questo effetto sono quelli a 44 GHz. La tecnica di rimozione di questo disturbo nell'analisi dei dati effettuata per i dati di Planck rilasciati nel 2013 consiste nel sottrarre un template di onda quadra dalle tensioni prodotte dai ricevitori. Tra le diverse tecniche utilizzate per la costruzione del template descritte nella tesi, quella del template filtrato utilizzata nei dati del 2013 risulta essere la più efficiente. Nei canali a 44 GHz dove la rimozione è implementata, il contributo delle spikes nello spettro di potenza delle mappe di LFI è ridotto di due ordini di grandezza, sia in temperatura che in polarizzazione. L'utilizzo di un unico template da sottrarre per l'intera missione per ogni segnale misurato, cielo e riferimento per ogni ricevitore, è giustificato dall'estrema stabilità del template sia in fase che in ampiezza nell'arco di tutta la missione. Dopo la correzione dei dati, la stima del residuo del segnale di spikes nelle mappe dovuto a piccole fluttuazioni dell'ampiezza del template nel corso della missione permette di concludere che l'effetto delle spikes a 1 Hz di LFI è totalmente sotto controllo. Siccome il contributo del segnale di spikes nei canali a 30 GHz e 70 GHz è molto piccolo e siccome il template a queste frequenze sembra non essere molto stabile in ampiezza, la possibilità di rimuovere le spikes anche da questi canali è ancora in fase di studio. In particolare, è importante controllare la possibile introduzione di artefatti nei dati come risultato del processo di rimozione. Avendo a disposizione i dati di tutta la missione, nella tesi si è inoltre studiata la possibilità di aumentare la risoluzione dei template, con lo scopo di investigare la possibilità di ottenere dei template più stabili da utilizzare per i canali a 30 GHz e 70 GHz. I template ad alta risoluzione danno dei risultati identici ai template filtrati nei canali a 44 GHz, mentre nei canali a 30 Ghz e 70 GHz, nonostante la stabilità sia migliore, i template sono ancora dominati dal rumore. Nonostante questo, la produzione dei template ad alta risoluzione ha permesso di verificare la stabilità dello strumento fino a risoluzioni di 1/2^(16) s. Inoltre è stato possibile tracciare in dettaglio il comportamento dello strumento LFI sull'intera missione, osservando variazioni del template delle spikes ben al disotto della risoluzione utilizzata per la rimozione delle spikes dai dati di Planck rilasciati nel 2013. Questi nuovi template hanno idividuato 5 OD in tutta la missione dove lo strumento presenta un comportamento peculiare. In tutti questi casi si è scoperto che le variazioni osservate sono legate ad operazioni note effettuate sullo strumento. Da un confronto diretto dei template per i canali a 44 GHz, non si osservano cambiamenti incrementandone la risoluzione. L'effetto finale sulle mappe e sulla stima dei parametri cosmologici è ancora in fase di studio. Al momento non si rende necessario modificare i template utilizzati nella release di Planck del 2013 per la quella del 2014. L'analisi sull'effetto della rimozione dei template ad alta risoluzione dai canali dei 30 GHz e 70 GHz ed il loro possibile utilizzo in release future è ancora in corso.
      742  439