Verze e diamanti: oltre le nanotecnologie
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ABSTRACT: Cosa si cela davvero dietro il termine "nanotecnologie"? In questo talk esploreremo il significato scientifico e le implicazioni reali di questa parola spesso abusata, passando da sistemi ispirati dalla verza, fino a uno degli ambiti più promettenti: la fotonica quantistica e gli emettitori di singoli fotoni in diamante. BIO: Elia Scattolo lavora come ricercatore presso la Fondazione Bruno Kessler, a stretto contatto con le CleanRooms di cui il suo gruppo di ricerca MNF si occupa. Al momento, si occupa della fabbricazione di nanostrutture in diversi ambiti, con particolare attenzione agli emettitori di fotoni in diamante.
![Perché studiare le nanotecnologie?
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011
Il comportamento della materiale a livello sub-micro può seguire nuove o rinnovate leggi della fisica
Teletrasporto,
perché no?
Massa [Kg]
Nel mondo nanoscopico perde di
valore e la forza di gravitazione non è
più una delle forze principali](https://image.slidesharecdn.com/st02-verzeediamanti-250522080956-8b5712ba/85/Verze-e-diamanti-oltre-le-nanotecnologie-10-320.jpg)
Verze e diamanti: oltre le nanotecnologie
- 1. Verze e diamanti: oltre le nanotecnologie Elia Scattolo
- 2. Quale immagine associate alle nanotecnologie? page 03
- 3. Quale immagine associate alle nanotechnologie? page 04 Verza Smoke Robot Geco
- 4. Fantascienza o nanotecnologie? page 05 Verza Smoke Robot Geco Nanotecnologie Fantascienza
- 5. Chi sono? Elia Scattolo, Ph.D. page 06 • Nato nel 1995 e cresciuto a Verona • 2019: Laurea Magistrale in Ingegneria dei materiali e della nanotecnologie al Politecnico di Milano • 2023: Dottorato di ricerca in ingegneria legato all’implementazione di sensori ottici nel vicino infrarosso • Attualmente: Ricercatore nell’ambito della Nanofabbricazione presso l’istituto di ricerca Fondazione Bruno Kessler a Trento
- 6. Nanotecnologie: page 07 Raggi X Microscopio Aeroplano Computer Nanotecnologie Internet Penicillina Lampadina -Televisore Motore a vapore Stampa a caratteri mobili Speck&Tech «Ambito delle scienze e tecnologie applicate che interessa il controllo della materia su scala atomica e molecolare, di solito al di sotto di 100 nanometri» Enciclopedia Treccani
- 7. Nanotecnologie: page 08 «Ambito delle scienze e tecnologie applicate che interessa il controllo della materia su scala atomica e molecolare, di solito al di sotto di 100 nanometri» 1849 Raggi X 1600 Microscopio 1903 Aeroplano 1945 Computer 1986 Nanotecnologie Internet 1960 Penicillina 1928 Lampadina -Televisore 1880 Motore a vapore 1769 Stampa a caratteri mobili 1453 2025 Speck&Tech Enciclopedia Treccani
- 9. Nanotecnologie: piccole quanto? 1 nanometro = 1· 10-9 metri
- 10. Perché studiare le nanotecnologie? page 011 Il comportamento della materiale a livello sub-micro può seguire nuove o rinnovate leggi della fisica Teletrasporto, perché no? Massa [Kg] Nel mondo nanoscopico perde di valore e la forza di gravitazione non è più una delle forze principali
- 11. Rapporto Superficie/Volume page 012 Diminuendo le dimensioni il volume diminuisce più velocemente della superficie 𝑆 𝑉 = 4𝜋𝑟2 4 3 𝜋𝑟3 Sfera Maggiore reattività Maggior scambio di calore/diffusione
- 12. Verza page 013 Presenza di nanostrutture in cera sulle foglie che garantiscono una elevata idrofobicità
- 13. Tensione superficiale page 014 Misura la tensione meccanica di coesione delle particelle sulla sua superficie esterna La contaminazione da detergenti (sodio lauril solfato) anche a concentrazione molto basse è sufficiente ad impedire agli insetti pattinatori di sostenersi sulla superficie dell'acqua.
- 14. Angolo di contatto page 015 𝜃 < 90° Alta bagnabilità Superficie idrofilica Si può calcolare l’angolo di contatto (indice della bagnabilità) di un liquido su un solido piano tramite l’equazione di Young. 𝛾𝑆𝐺 = 𝛾𝑆𝐿 + 𝛾𝐿𝐺 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝜃 > 90° Bassa bagnabilità Superficie idrofobica
- 15. Geco page 016 Presenza di nanostrutture sulle zampe che garantiscono una superficie di contatto maggiore
- 16. Geco e non solo… page 017 Maggiore è la massa corporea e più densi e numerosi sono le setole Scarafaggio Mosca Ragno Geco Forze di Van Der Waals Interazioni intermolecolari deboli che si verificano tra molecole o atomi. Differiscono dal legame covalente e ionico in quanto dipendono dalle fluttuazioni nella distribuzione delle cariche nelle molecole; si tratta di forze attrattive a lungo raggio e repulsive a corto raggio.
- 17. Morpho blu e squalo page 018 Le ali della farfalla Morpho Blu presentano delle strutture plasmoniche che le garantiscono la sua colorazione caratteristica Farfalla Morpho Blu Molti squali hanno sulla pelle dei dentelli dermici (micro- strutture a V) che ne migliorano la resistenza fluidodinamica Squalo
- 18. Il blu-Maya e Coppa di Licurgo page 019 Nel 7° AD i Maya coloravano i quadri con un pigmento contenente nanoparticelle di ossido di rame. Blu Maya Artefatto del IV secolo DC che mostra un fenomeno di dicroismo. Coppa di Licurgo
- 19. page 020 Oro – sfere Dimensione: 50 nm Oro – sfere Dimensione: 100 nm Argento – prismi Dimensione: 100 nm L’annunciazione alla Vergine 1340 Vetrate colorate
- 20. E nel 2025?
- 21. Quantum e i nuovi concetti page 022 Quantum sensing Quantum communication & cryptography Il caso di Bob, Alice ed Eve Quantum computer and information processing Entanglement Principio di Sovrapposizione Fotoni particella elementare della luce e di tutte le altre forme di radiazione elettromagnetica; è il quanto di energia associato al campo elettromagnetico fenomeno per cui due o più particelle diventano correlate in modo tale che lo stato di una dipende istantaneamente dallo stato dell’altra, anche a grande distanza un sistema può trovarsi in una combinazione simultanea di più stati fino a che non viene misurato
- 22. Perché il diamante page 023 Ampio band-gap (5.5 eV) Alta conducibilità termica Trasparente nel visibile Stabile chimicamente Alta resistenza alle radiazioni Possibilità di formare centri di colore
- 23. Cosa è un centro di colore1 Difetto puntuale nella struttura cristallina del diamante associato alla presenza di impurità, che cambiano localmente le proprietà ottiche ed elettroniche. Jennifer Lauren Lee/NIST page 024
- 24. Cosa è un centro di colore2 Prendono questo nome perché nel caso del diamante i centri di colore emettono la luce nello spettro del visibile, introducendo un punto colore nel diamante trasparente Jennifer Lauren Lee/NIST page 025 NV- GeV- SnV- SiV-
- 25. Come si fabbricano Incorporazione durante la crescita Scrittura laser La crescita del diamante (CVD o HPHT) è combinata con un gas reattivo in cui sono presenti i contaminanti voluti. Irraggiamento e attivazione L’impurità viene localizzata tramite un fascio di ioni focalizzato e viene solitamente attivato tramite trattamento termico. ion-beam Le impurità sono già presenti all’interno del diamante ma i centri non sono ancora attivati. Il laser permette di attivarli localmente. page 026
- 26. Verso il singolo centro di colore1 Efficienza di formazione ▪ Disponibilità di vacanze nella struttura cristallina ▪ Temperatura e tempo di attivazione ▪ Energia di impiantazione 1 ione impiantato ≠ 1 cento di colore Efficienza massima 1-2% page 028 Jennifer Lauren Lee/NIST
- 27. Verso il singolo centro di colore2 Hanbury Brown-Twiss interferometry Misura chiave per valutare la presenza di un singolo centro di colore page 029
- 28. Integrazione Solid immersion lenses A causa dell’elevato indice di rifrazione del diamante (2.4 @600nm), solo 8.5% dei fotoni emessi sono estratti. 200 nm Nano-pillars Nanostrutture semisferiche che garantiscono la perpendicolarità di tutti i fotoni emessi. Nanostrutture a colonna che intrappolano la luce emessa. page 030
- 29. Sensore Il diamante è pronto per essere connesso elettricamente ad una PCB e diventare un sensore page 031