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Oggetto:
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Advanced Crystallography

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Advanced Crystallography

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Academic year 2014/2015

Course ID
MFN1279
Teacher
Prof. Carlo Lamberti (Titolare del corso)
Degree course
Laurea Magistrale in inglese -MaMaself
Year
1° anno
Teaching period
Primo semestre
Type
Caratterizzante
Credits/Recognition
6
Course disciplinary sector (SSD)
GEO/06 - mineralogia
Delivery
Tradizionale
Language
Inglese
Attendance
Facoltativa
Type of examination
Orale
Prerequisites
Basi di elettromagnetismo classico e di meccanica quantistica. Lunghezza d’onda di De Broglie per elettroni e neutroni. Spazio diretto e spazio reciproco. Trasformata di Fourier. Equazione di Bragg. Simmetrie, gruppi puntuali e spaziali. Fattori di struttura.

Bases of classical electromagnetism and of quantum mechanics. De Broglie wavelength of particles (electrons and neutrons). Direct and reciprocal lattices. Fourier transform. Bragg equation. Symmetries and space and point groups. Structure factors.

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Sommario del corso

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Course objectives

   

 Il corso ha come obbiettivo formativo quello di fornire agli studenti una panoramica delle tecniche sperimentali (e in minima parte teoriche) in grado di fornire informazioni sulla struttura della materia, in tutte le sue forme: solidi (cristallini e amorfi) liquidi, gas; materiali puri e compositi; solidi estesi e materiali nanostrutturati.

The lessons are aimed to provide to the students an overview on the most used experimental (and in minor part theoretical) methods providing information on the structure of matter in all its forms: solids (crystalline and amorphous) liquid and gases; pure and composite materials; bulk and nanostructured materials.

 

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Results of learning outcomes

Capacità di riconoscere la/le tecnica(e) sperimentale(i) più adatta alla determinazione strutturale di una data classe di materiali.

Ability to select the most appropriate experimental technique(s) able to provide the structural determination of a given class of materials.

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Learning assessment methods

Esame orale

Oral examination

 

Orale, comprendente teoria ed esercizi. Oral examination, including theory and exercises. Per gli studenti italiani sarà possibile sostenere l'esame in lingua italiana

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Program

Teoria. Interazione fra radiazione e materia. Faci assorbiti, diffusi (elasticamente ed inelasticamente) e trasmessi. Processi eccitativi e diseccitativi. Nomenclatura delle linee atomiche di emissione di raggi X. Breve rassegna delle varie spettroscopie. Scattering elastico. Scattering di Bragg: diffrazione da cristallo singolo e da polveri. Scattering totale: diffusione a bassi angoli (SAXS), diffusione ad alti angoli (PDF). Definizione del vettore di scattering q = 4 psin(q)/l. Differenze ed anomalie fra diffusione di raggi X, elettroni e neutroni. Fattori di scala atomici di raggi X, elettroni e neutroni in funzione di q. Scattering magnetico. Diffrazione di superfici. Spettroscopie atte a fornire informazioni strutturali: EXAFS, NMR, EPR e confronto con le tecniche diffrattometriche. Tecniche spettroscopiche e diffrattometriche combinate: DAFS, XSW. Ottimizzazione di strutture con conti ab initio e confronto con dati sperimentali.

Strumentazione. Tubi a raggi X. Rivelatori puntuali ed ad area. Esperimenti risolti in tempo. Descrizione di un sincrotrone: linak, sincrotrone e anello di accumulazione. Descrizione di una beamline. Sorgenti di neutroni per la scienza: reattori nucleari e sorgenti pulsate. Termalizzazione di neutroni. Sorgenti di neutroni termalizzate, calde e fredde. La tecnica del tempo di volo (TOF).

Applicazioni. Materiali parzialmente disordinati: soluzioni solide di semiconduttori III-V, Brownmilleriti, zeoliti sostituite con eternatomi, reticoli metallorganici (MOFs). Nanomateriali: semiconduttori hetero- e nano-strutturati, nanoparticelle metalliche. Materiali compositi.

Theory. Interaction between radiation and matter. Absorbed, scattered (elastically and inelastically) and transmitted beams. Excitation and disexcitation processes. Nomenclature of atomic X-ray emission lines. Brief overview on different spectroscopies. Elastic scattering. Bragg scattering: powder and single crystal diffraction. Total scattering: small angle scattering (SAXS), high angle scattering (pair distribution function approach, PDF). Definition of the scattering vector q = 4 psin(q)/l. Differences and analogies among X-ray, neutrons and electron scattering. Atomic scale factors for X-ray, neutrons and electron vs. q. Magnetic scattering. Surface diffraction. Spectroscopies able to provide structural information: EXAFS, NMR, EPR and comparison with diffractometric techniques. Combined diffractometric and spectroscopic techniques: DAFS and X-ray standing waves. Structure optimization by ab initio calculation and comparison with experimental results.

Instrumentation. X-ray tubes. Point and area detectors. Setups for time resolved experiments. Description of synchrotrons: linak, synchrotron and storage ring. Description of beamlins. Neutron sources for science: nuclear reactors and pulsed sources. Neutron thermalization: thermal, cold and hot neutron sources. The time of fly technique (TOF).

Applications. Partially disordered materials: III-V semiconductor solid solutions, Brownmillerites, heteroatomic substitution inside zeolitic frameworks, metal-organic frameworks (MOFs). Nanomaterials: semiconductor hetero and nanostructures, metal nanoparticles. Composite materials.

 

Suggested readings and bibliography

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(1) 10. E. Borfecchia, D. Gianolio, G. Agostini, S. Bordiga, C. Lamberti,
“Characterization of MOFs. 2. Long and Local Range Order Structural
Determination of MOFs by Combining EXAFS and Diffraction Techniques”,
in: Metal Organic Frameworks as Heterogeneous Catalysts; F. X. Llabrés i
Xamena and J. Gascón, Ed.; Royal Society of Chemistry, Cambridge,
2013, p. 143-208, Chapter 5.
(2)Articoli di ricerca e di rassegna dalla letteratura scientifica

 

(1) 10. E. Borfecchia, D. Gianolio, G. Agostini, S. Bordiga, C. Lamberti,
“Characterization of MOFs. 2. Long and Local Range Order Structural
Determination of MOFs by Combining EXAFS and Diffraction Techniques”,
in: Metal Organic Frameworks as Heterogeneous Catalysts; F. X. Llabrés i
Xamena and J. Gascón, Ed.; Royal Society of Chemistry, Cambridge,
2013, p. 143-208, Chapter 5.
(2)Papres and reviews from the scientific litterature.

 

 



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Note

Tipologia Insegnamento

Lezioni Frontali

Frequenza

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria.

Mandatory for the students of the European master MaMASELF.
Otherwise optional.

 

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Last update: 18/05/2015 11:11
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