- Oggetto:
Laboratory of Matter Physics
- Oggetto:
Laboratorio di fisica della materia
- Oggetto:
Academic year 2026/2027
- Course ID
- FIS0306
- Teachers
- Alessandro Lo Giudice (Lecturer)
Ettore Vittone (Lecturer) - Degree course
- 0601M21 laurea magistrale in Fisica
- Year
- 2nd year
- Teaching period
- First semester
- Type
- B - Distinctive
- Credits/Recognition
- 6
- Course disciplinary sector (SSD)
- SSD: FIS/03 - physics of matter
- Delivery
- Classroom lectures
- Language
- Italian
- Attendance
- Obligatory
- Type of examination
- Oral
- Prerequisites
-
The Solid State Physics course is a prerequisite for the course of Laboratory of Physics of Matter.Il corso di Fisica dello Stato Solido è propedeutico al corso di Laboratorio di Fisica della Materia
- Propedeutic for
-
no teaching activitiesnessun insegnamento
- Oggetto:
Sommario del corso
- Oggetto:
News
- Oggetto:
Course objectives
The teaching aims to provide fundamental notions on some important experimental techniques for studying materials, relevant interpretative models, experimental protocols, and data analysis techniques. During the Laboratory activities, students can use advanced instrumentation to measure physical observables relevant to morphological, structural, compositional, opto-electronic properties of solid-state materials. In particular, techniques for vacuum fabrication and measurement, optical, Raman, and photoemission spectroscopies will be available to the students for material characterization and electron microscopy.L'insegnamento si propone di fornire nozioni fondamentali su alcune tecniche sperimentali per lo studio dei materiali, sui relativi modelli interpretativi, protocolli sperimentali ed approcci di analisi dei dati. L'insegnamento prevede attività in laboratorio in cui si potrà utilizzare strumentazione avanzata per effettuare misurazioni di osservabili relative a proprietà morfologiche, strutturali, composizionali, opto-elettroniche di materiali a stato solido. In particolare si tratteranno tecniche per la fabbricazione del vuoto e per la misurazione delle basse pressioni, di spettroscopia ottica, Raman, di fotoemissione e microscopia elettronica.- Oggetto:
Results of learning outcomes
Knowledge and understanding
The teaching will introduce the experimental technique within the Physics of Advanced Technology. In particular, students will acquire:
- Fundamental notions on the physics of vacuum and techniques for the fabrication and measurements of low pressures.
- Fundamental notions regarding experimental techniques for the characterization of advanced materials and devices, based on electron microscopy, optical, Raman, photoemission spectroscopy, and other techniques available in the laboratory.
- Fundamental notions on the data acquisition techniques and the analysis of experimental data, using suitable informatics tools
Applying knowledge and understanding.
- ability to interpret experimental data using correct statistical data analysis;
- ability to use advanced instrumentation for material characterization.
- ability to apply adequate experimental techniques to measure the structural, compositional, and functional properties of solid-state materials and devices.
Conoscenza e capacita' di comprensione (knowledge and understanding)
Il corso fornische una solida preparazione relativamente alle tecniche sperimentali nell'ambito della fisica delle tecnologie avanzate. In particolare, si acquisiranno
- Nozioni fondamentali di fisica delle basse pressioni e di tecniche per la fabbricazione del vuoto e per la misurazione delle basse pressioni.
- Nozioni riguardanti tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali avanzati e relativi dispositivi, basate sulla microscopia elettronica, spettroscopia ottica e Raman, spettroscopia di fotoemissione, fotoconduttiva, interferometria in luce bianca o con altre tecniche disponibili in laboratorio.
- Nozioni di tecniche acquisizione ed elaborazione dei dati sperimentali con strumenti informatici dedicati per estrarre dalle misure le informazioni necessarie per la caratterizzazione dei materiali analizzati.
Capacita' di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Il corso fornisce le nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di alcune delle più diffuse tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali e dispositivi a stato solido.
In particolare, gli si acquisiranno:
- capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica;
- capacita' di utilizzare strumentazione tecnologicamente avanzata per misure di laboratorio nell'ambito, della fisica della materia.
- capacità di applicare tecniche sperimentali adeguate per la misura di osservabili fisiche caratterizzanti la struttura, composizione e funzionalità opto-elettronica di materiali e dispositivi a stato solido.
- Oggetto:
Program
The course is organized in lectures (24 h), which provide basic information about the experiments to be conducted in the laboratory, and measurements (24h), relevant to the following topics:
Vacuum techniques:
- Introduction to vacuum techniques
- Units
- Vacuum regimes
- Conductance
- Basic equations
- Effective pumping speed
- Working principles of vacuum pumps
- Working principles of vacuum gauges
- Measurement of the effective pumping speed in low vacuum regime
White light interferometry
- Introduction to optical spectroscopy and interferometry
- Transmittance and Reflectance measurements of thick samples
- Transmittance and Reflectance measurements of thin films
- Interferograms
- Introduction to white light interferometric measurements; experimental set-up
Raman Spectroscopy
- Introduction to Raman Spectroscopy
- Experimental setup and cases of study
-->
Scanning electron microscopy
- Electron-matter interaction
- Introduction to scanning electron microscopy
- The scanning electron microscope: The main components and cases of study
Photoelectron spectroscopy (XPS)
- Introduction to the photoelectron spectroscopy
- Photoelectric effect, Auger effect, XPS spectra interpretation
- Experimental setup and the measurement protocol
Raman Spectroscopy
- Introduction to the Raman effect and Raman spectroscopy
- Experimental setup and measurement protocol
The detailed program is in the Moodle platform
Il programma del corso prevede lezioni frontali propedeutiche alle esperienze in laboratorio (24 h.) ed attività laboratoriale (36 h.) riguardanti i seguenti argomenti:
Tecnologia del vuoto:
- Introduzione alle tecnologie del vuoto
- Unità di misura
- Regimi in conduzione di bassa pressione
- Conduttanza
- Equazioni fondamentali
- Velocità effettiva di pompaggio
- Principi di funzionamento delle pompe da vuoto: pompe rotative, meccaniche, turbomolecolari, ioniche
- Principi di funzionamento dei principali vacuometri
- Introduzione alla misura della velocità di pompaggio in regime di basso vuoto.
Interferometria in luce bianca
- Introduzione alla spettroscopia ottica ed interferometria
- Misura della trasmittanza e riflettranza di campioni otticamente spessi
- Misura della trasmittanza e riflettanza di film sottili
- Interpretazione degli interferogrami
- Introduzione alle misurazioni di interferometria in luce bianca; apparato sperimentale.
Spettroscopia Raman
- Introduzione alla spettroscopia Raman
- Apparato sperimentale e casi di studio
-->
Microscopia elettronica a scansione
- Interazione di elettroni con la materia
- Introduzione alla microscopia elettronica a scansione
- Microscopio elettronico a scansione e casi di studio
Spettroscopia fotoelettronica
- Introduzione alla spettroscopia fotoelettronica
- Effetto fotoelettrico, effetto Auger, interpretazione di spettri XPS
- Apparato sperimentale e protocollo di misura
Spettroscopia Raman
- Introduzione alla spettroscopia Raman
- Apparato sperimentale e casi di studio
Il programma dettagliato è disponibile sulla piattaforma Moodle.
- Oggetto:
Course delivery
All teaching activities will be conducted in presence.
The teaching is organized in 24 h of lecturers aimed to present some experimental techniques, experimental protocols, and interpretative models.
36 h of laboratory activities (per student). The students will be divided into working groups (3-4 students) to carry out measurements during the time planned in the calendar of the laboratory sessions.
Participation in frontal lectures is not mandatory.Participation in the laboratory is mandatory for at least 70% of the time devoted to laboratory activities
The calendar of lessons and laboratory activities is available on the Moodle platform.
Tutta l'attività didattica si svolgerà in presenza.
Il corso prevede 24 h di lezioni in cui verranno introdotte le tecniche sperimentali, i protocolli sperimentali ed i modelli interpretativi e 36 h di attività in laboratorio (per studente).
Per quanto riguarda le attività laboratoriali, gli iscritti e le iscritte all'insegnamento si distribuiranno in gruppi da 3 o (max) 4 membri per svolgere le attività sperimentali nei tempi pianificati dal calendario di occupazione della strumentazione.
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria. E' obbligatoria la frequenza in laboratorio per almeno il 70% delle ore previste.
Il calendario delle lezioni e delle attività laboratoriali è disponibile sulla piattaforma Moodle.
- Oggetto:
Learning assessment methods
The exams will be conducted in presence
The exam is structured as follows:
A-Technical reports
This exam is aimed to verify the student's abilities to properly use instrumentation and data analysis techniques for material characterization.
Within the deadlines (see below), each group has to deliver in pdf format a technical report on their activities in the laboratory. Any delay will be penalized in the assessment.
Within 10 days of the submission of the reports, the working groups will be invited to discuss the reports. Any critical issues identified during the discussion can be revised and a new version of the reports can be sent to the teachers within 7 days of the discussion.
The final evaluation will be shared by all members of the group and will be carried out according to the following criteria:
- correctness of the measurement protocol adopted and its presentation in the report
- correct use of scientific notation and units of measurement
- Adequacy of statistical data analysis
- accuracy of the results obtained
B-Peer review of the technical report
Each student will be asked to assess a technical report of one measurement carried out by another group. At the deadlines, the student has to deliver an assessment of the technical report he/she received, based on the guidelines given by the teacher.
Teachers will evaluate what students have done in terms of the accuracy of the analysis of the text of the report, with particular reference to the criteria listed in point A
C-Oral exam
Only students with a sufficient (>18/30) evaluation of both part A and part B of the exam will be admitted to the oral exam.
The oral exam will focus on verifying
- knowledge of the fundamental physical models underlying the experimental techniques
- the ability to describe the measurement protocol and the statistical analysis adopted during laboratory activities.
The final mark results from the weighted average of the marks obtained in the above-mentioned exams:
- technical report - item A (common assessment for all the group members)
- peer reviewer - item B
- oral exam - item C
Deadlines
- A1 - Delivery of reports (pdf format, via e-mail to the teacher): 10 days after the end of the laboratory classes
- A2 – Discussion of the reports: 10 days after A1
- B1 – availability of the reports to be reviewed on the Moodle Platform: at the delivery of the reports (A1).
- Discussion of the reports: 10 days after B1.
- Oral exam: date to be defined
Le prove di verifica si svolgeranno in presenza.
La verifica dell'apprendimento si articolerà in:
A-Relazione delle attività di laboratorio
Le relazioni saranno valutate al fine di verificare la capacità dello studente e della studentessa ad utilizzare con procedure appropriate la strumentazione di laboratorio per la caratterizzazione dei materiali e gli opportuni metodi di analisi statistica dei dati.
Nel termine stabilito, i singoli gruppi dovranno consegnare (formato pdf) un rapporto tecnico (relazione) sulle misurazioni svolte. Eventuali ritardi saranno penalizzati in sede di valutazione.
Entro 10 gg dalla consegna delle relazioni, i gruppi di lavoro verranno invitati a discutere le relazioni. Eventuali criticità individuate durante la discussione potranno essere rielaborate ed una nuova versione delle relazioni potrà essere inviata ai docenti entro 7 gg dalla discussione.
La valutazione finale sarà condivisa da tutti i membri del gruppo e sarà effettuata secondo i seguenti criteri:
- correttezza del protocollo di misura adottato e della sua esposizione nella relazione
- uso corretto della notazione scientifica e delle unità di misura
- adeguatezza dell'analisi statistica dei dati
- accuratezza dei risultati ottenuti
Gruppo
Consegna
RelazioniDiscussione relazioniVuoto, Interf,XPS, Raman Discussione relazioni SEM Consegna Relazioni Corrette18/12 12/12; h. 9.30 - Sala Wataghin 12/12; h 9:3015/12213/12 17/12; h. 13.00 - Ufficio Prof. Vittone
17/12; h 16:30 Aula Avogadro
19/12313/12 17/12; h. 14.00 - Sala Ufficio Prof. Vittone
17/12; h 16:00 Aula Avogadro
19/1248/12 12/12; h. 10.15 - Sala Wataghin 12/12; h 10:0015/1258/12 12/12; h. 11.00 - Sala Wataghin 12/12; h 10:3015/12
B-Valutazione fra pari
Ad ogni studente e studentessa verrà richiesta una valutazione di una relazione di una esperienza svolta da un altro gruppo.
La relazione da valutare sarà consegnata ad ogni studente alla data di consegna della relazione di cui al punto A.
Ogni studente dovrà produrre una valutazione sul lavoro che ha esaminato, sulla base di linee guida fornite dal docente.
I docenti valuteranno quanto svolto dagli studenti in termini di accuratezza dell'analisi del testo della relazione in esame, con particolare riferimento ai criteri elencati nel punto A
La consegna della valutazione della relazione esaminata dovrà pervenire al docente 2 gg prima del colloquio finale (punto C)
C-Colloquio
Per accedere alla prova orale e' necessario aver acquisito una votazione sufficiente dei punti precedenti (A e B).
La prova orale consisterà in una domanda relativa alle misurazioni effettuate in laboratorio ed in una domanda su altri argomenti trattati a lezione.
Il colloquio verterà a verificare
- la conoscenza dei modelli fisici fondamentali alla base delle tecniche sperimentali
- la capacità di esporre il protocollo di misura e l'analisi statistica adottata durante le attività svolte in laboratorio.
Primo colloquio:
Mercoledì 18/12, h. 17.00-19.00 - Sala Wataghin
Giovedì 19/12, h. 13.00-19.00 - Aula C
Venerdì 20/12, h. 8.30-13.00 - Aula C
Secondo colloquio (parte SEM):
Mercoledì 18/12, h. 10.00-12.00 e h. 14:00-16:00
Venerdì 20/12, h. 10:00-12:00
Il voto finale per ogni strudente e studentessa sarà la media ponderata delle valutazioni
- relazione di laboratorio - punto A (valutazione comune a tutto il gruppo)
- valutazione fra pari - punto B
- prova orale - punto C
- Oggetto:
Support activities
Seminars can be organized by expert in the field of Physics of Materials and visits will be organized at research centers. More details are available at the solid state physics group website
Potranno essere organizzati seminari tenuti da esperti nel settore della fisica dei materiali e/o visite presso centri di ricerca nel territorio. Dettagli sono disponibili al sito del gruppo di fisica dello stato solido
Suggested readings and bibliography
- Oggetto:
The teaching material is available in the Moodle platform
Il materiale didattico è disponibile sulla piattaforma Moodle.
- Oggetto:
Notes
For the experiences in the laboratory, attendance is mandatory.
The updated calendar of lessons and laboratory activities is available on the Moodle platform
Web site to support students with disability:
https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita
https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa
Per le esperienze in laboratorio la frequenza è obbligatoria.
L'orario aggiornato delle lezioni/esercitazioni è disponibile sulla piattaforma Moodle
Gli/le studenti/esse con DSA o disabilità, sono pregati di prendere visione delle modalità di supporto (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita e di accoglienza (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) di Ateneo, ed in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d’esame (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto)
- Oggetto:
