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## Tour
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Università di Roma Tor Vergata
Dipartimento di Fisica
L’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” ha iniziato l’attività didattica nel 1982. Progettata sul modello dei campus anglosassoni, occupa un territorio di circa 600 ettari. Questa particolare estensione ha permesso di sviluppare in strutture separate, edificate in ampi spazi dedicati, ognuna delle sei Macroaree presenti (Economia, Giurisprudenza, Ingegneria, Lettere e Filosofia, Medicina e Chirurgia, Scienze matematiche, fisiche e naturali), articolate in 18 Dipartimenti.
Il Dipartimento di Fisica fa parte della Macroarea di Scienze, ed è ripetutamente classificato nel top 20-25% dei dipartimenti di Fisica al mondo e tra i primi in Italia. Il Dipartimento è sede di attività di ricerca all’avanguardia in Fisica delle interazioni fondamentali, Fisica della materia, Fisica applicata, Astronomia, Astrofisica e Fisica della Terra e dei pianeti.
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UNIROMA
Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"
L’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” ha iniziato l’attività didattica nel 1982. Progettata sul modello dei campus anglosassoni, occupa un territorio di circa 600 ettari. Questa particolare estensione ha permesso di sviluppare in strutture separate, edificate in ampi spazi dedicati, ognuna delle sei Macroaree presenti (Economia, Giurisprudenza, Ingegneria, Lettere e Filosofia, Medicina e Chirurgia, Scienze matematiche, fisiche e naturali), articolate in 18 Dipartimenti.
Il Dipartimento di Fisica fa parte della Macroarea di Scienze, ed è ripetutamente classificato nel top 20-25% dei dipartimenti di Fisica al mondo e tra i primi in Italia. Il Dipartimento è sede di attività di ricerca all’avanguardia in Fisica delle interazioni fondamentali, Fisica della materia, Fisica applicata, Astronomia, Astrofisica e Fisica della Terra e dei pianeti.
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LOREM IPSUM
DOLOR SIT AMET
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LOREM IPSUM
DOLOR SIT AMET
JOHN DOE
LICENSED REAL ESTATE SALESPERSON
Tlf.: +11 111 111 111
jhondoe@realestate.com
www.loremipsum.com
Mauris aliquet neque quis libero consequat vestibulum. Donec lacinia consequat dolor viverra sagittis. Praesent consequat porttitor risus, eu condimentum nunc. Proin et velit ac sapien luctus efficitur egestas ac augue. Nunc dictum, augue eget eleifend interdum, quam libero imperdiet lectus, vel scelerisque turpis lectus vel ligula. Duis a porta sem. Maecenas sollicitudin nunc id risus fringilla, a pharetra orci iaculis. Aliquam turpis ligula, tincidunt sit amet consequat ac, imperdiet non dolor.
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Vi trovate adesso nel laboratorio Virgo. Il rivelatore Virgo fa parte di un network internazionale per la rivelazione di onde gravitazionali, una conseguenza della teoria della Relatività Generale pubblicata da Albert Einstein nel 1915. Esse sono ondulazioni della trama dello spazio-tempo che si propagano alla velocità della luce, prodotte allorché grandi masse vengono accelerate o deformate, il che sappiamo avvenire in molti fenomeni astrofisici, come le esplosioni di supernovae o le interazioni gravitazionali fra buchi neri o stelle di neutroni. Ma rivelare le onde gravitazionali non è un compito facile: sono stati necessari più di cinquant’anni di sviluppi tecnologici e sperimentali per “ascoltare” finalmente le prime onde gravitazionali nel 2015. Il rivelatore Virgo è un gigantesco interferometro laser con bracci di 3 km terminanti in grossi specchi sospesi. I segnali attesi sono estremamente deboli e per raggiungere una sensibilità adeguata l’interferometro sfrutta le più moderne e raffinate tecnologie nei più disparati campi: meccanica, ottica, elettronica... Tor Vergata è responsabile del sistema di ottica adattiva per la correzione delle aberrazioni ottiche. Inoltre, si occupa dello studio di materiali innovativi per la realizzazione degli specchi.
L’analisi ad elementi finiti è una tecnica numerica sviluppata per trovare le soluzioni ai sistemi di equazioni differenziali alle derivate parziali, in tutti quei casi in cui un approccio diretto analitico sarebbe impossibile o estremamente difficile da implementare. L’analisi ad elementi finiti prende un sistema molto complesso e lo divide in elementi piccoli, connessi tra loro da relazioni semplici (tipicamente lineari o quadratiche). Questa tecnica numerica sostituisce quindi le equazioni differenziali alle derivate parziali con un sistema di equazioni algebriche. Inizialmente sviluppata per trovare soluzione a problemi nel campo dell’ingegneria, nel corso del tempo l’analisi ad elementi finiti ha trovato sempre più utilizzo in un’ampia gamma di discipline scientifiche, dalla fisica fino alla biologia e alla medicina.
Il gruppo Virgo Tor Vergata utilizza le analisi ad elementi finiti in diversi ambiti della ricerca di onde gravitazionali, dall’ottica adattiva alla riduzione del rumore termico.
Nel 1916, Einstein rendeva noti i dettagli delle sue equazioni di campo della gravità, cuore della Relatività Generale. La teoria prevede, fra molte altre cose, l’esistenza di perturbazioni del campo in grado di propagarsi alla velocità della luce: sono le onde gravitazionali, increspature del tessuto dello spazio-tempo che viaggiano nel cosmo praticamente indisturbate. Sebbene prodotte in eventi di altissima energia, o emesse da sorgenti periodiche estreme quali stelle binarie compatte, le onde gravitazionali giungono a noi incredibilmente deboli, e la loro rivelazione rappresenta una grande sfida tecnologica. Al loro passaggio, lo spazio-tempo locale è alternativamente stirato in una direzione e compresso nell’altra, risultando in una deformazione caratteristica detta di quadrupolo. Questi stiramenti corrispondono a variazioni relative di lunghezza nell’ordine di 10-21: oggetti separati da 1 km vedono la loro distanza modificarsi di appena un millesimo di nucleo atomico!
Il gruppo Virgo Tor Vergata, composto da ricercatori dell’Università e dell’INFN, partecipa con molte e varie attività alla ricerca di onde gravitazionali all’interno della collaborazione Virgo, che è inserita in una rete internazionale di osservatori di cui fanno parte anche LIGO (Stati Uniti) e KAGRA (Giappone).
Il gruppo di Tor Vergata è responsabile per l’esperimento Virgo dello sviluppo del sistema di ottica adattiva, il cui scopo è misurare e correggere le aberrazioni ottiche introdotte nell’interferometro dalla luce laser ad alta potenza che circola nei bracci o da imperfezioni nella lavorazione degli specchi, consentendo di mantenere lo strumento nelle condizioni ottimali di funzionamento. Il principio alla base del sistema di ottica adattiva è di compensare queste aberrazioni introducendo una deformazione uguale ma di segno opposto. Per far ciò si proietta su un piatto di compensazione, posto di fronte agli specchi, un profilo di riscaldamento ottimale generato da una sorgente laser, che viene completamente assorbita (laser a CO2). Questi laser e i dispositivi ottici necessari per utilizzarli sono stati caratterizzati a Tor Vergata e sono attualmente in funzione su Virgo. Inoltre, nuove tecnologie di ottica adattiva per la correzione delle aberrazioni ottiche sono in fase di ricerca e sviluppo. Le aberrazioni ottiche vengono misurate tramite dei sofisticati sensori che registrano il fronte d’onda aberrato rispetto ad uno di riferimento.
Nel laboratorio Virgo di Roma Tor Vergata è installata una riproduzione in scala ridotta del sistema di ottica adattiva operante sull’interferometro Virgo.
Questo sistema garantisce il funzionamento ottimale dell’interferometro quando la potenza circolante è di alcune centinaia di kW. Nonostante gli specchi utilizzati in Virgo abbiano degli assorbimenti bassissimi, la piccola frazione di potenza assorbita provoca un riscaldamento locale nello specchio stesso, tale da modificarne le caratteristiche ottiche. Il sistema consente, attraverso sensori ed attuatori molto sofisticati, di misurare e compensare le deformazioni nello specchio indotte dalla sorgente laser.
La variazione delle caratteristiche ottiche dello specchio viene registrata da un sensore a bassissimo rumore, il sensore di fronte d’onda Hartmann, costituito da una CCD e da una matrice di piccoli fori su cui incide il fascio sensore. L’Hartmann misura come cambia il fronte d’onda del fascio sensore che attraversa lo specchio (o ne viene riflesso) rispetto a quello di riferimento. Un sensore Hartmann è installato anche nel laboratorio di Tor Vergata e consente di misurare gli effetti termici su uno specchio avente diametro pari a 150 mm, con la stessa precisione richiesta in Virgo.
La curva di sensibilità degli interferometri per la ricerca di onde gravitazionali è limitata da alcuni rumori fondamentali a seconda della banda di frequenza. Tra questi, il rumore termico del rivestimento riflettente degli specchi influenza la sensibilità nell’intervallo di frequenze in cui si collocano i segnali provenienti dalla coalescenza di sistemi binari (30 – 300 Hz).
Per ridurre questo tipo di rumore è importante produrre dei rivestimenti con proprietà ottiche e morfologiche eccezionali, utilizzando materiali che presentino basse dissipazioni meccaniche o analogamente un alto fattore di qualità meccanica.
Questi comportamenti vengono studiati tramite piccoli risonatori a forma di disco, opportunamente sospesi, su cui sono depositati i rivestimenti. La sospensione nodale (Gentle Nodal Suspension – GeNS) utilizzata a Tor Vergata è considerata la più efficiente: i risonatori sono sospesi in equilibrio su una mezza sfera, vengono eccitati alle loro frequenze di risonanza e ne viene misurato il tasso di decadimento libero: è così possibile estrarre le perdite meccaniche caratteristiche del materiale.
Le richieste sulla lavorazione degli specchi dei rivelatori interferometrici sono molto stringenti. La superficie curva dello specchio non si può discostare dal profilo sferico ideale più di 10 nm. Per correggere la curvatura entro questi limiti, degli anelli riscaldanti sono stati installati intorno agli specchi dell’interferometro. Questi attuatori sono stati sviluppati e caratterizzati nei laboratori Virgo di Tor Vergata. Gli elementi che irraggiano per effetto Joule sono due anelli di vetro avvolti da un filo di nichel-cromo. Gli anelli sono montati all’interno di uno schermo di rame lucido che ha il compito di indirizzare tutta la radiazione emessa verso lo specchio. In laboratorio sono stati verificati l’uniformità di irraggiamento e le costanti di tempo nelle fasi di riscaldamento e raffreddamento.
EST con il suo specchio di oltre 4 metri sarà il più grande telescopio solare europeo mai costruito. Inizierà ad osservare da La Palma, nelle Isole Canarie, nel 2027. EST prosegue la grande tradizione europea di studio del Sole iniziata da Galileo. Grazie al suo design avanzato sarà in grado di cogliere dettagli sempre più particolareggiati del Sole, svelando i segreti dei campi magnetici in grado di generare potenti tempeste solari. Nel nostro laboratorio stiamo sviluppando le nuove tecnologie necessarie al telescopio EST, come il controllo termico del telescopio e gli avanzati strumenti che sono in grado di osservare strati diversi del Sole.
In un rivelatore RPC, il potenziale è distribuito sulle superfici degli elettrodi attraverso uno strato di grafite. Questo studio consiste nel leggere il segnale, generalmente letto su strip esterne, direttamente dagli strati di grafite, posizionando due fili conduttori paralleli agli estremi del volume di gas. La corrente indotta in un punto della superficie dell’elettrodo viene diffusa in modo isotropo sulla superficie, producendo nei due fili segnali elettrici le cui caratteristiche dipendono dalla distanza tra il filo e il punto in cui è avvenuta la scarica. In questo modo, con un risparmio sul numero di canali di lettura, è possibile ricostruire una coordinata del punto di attraversamento della particella sul piano corrispondente al volume di gas.
In particolare, lo studio consiste nell’acquisire eventi associati al passaggio di particelle ionizzanti e studiarne le caratteristiche per trovare il parametro più sensibile alle variazioni del punto di incidenza della particella. Il sistema sperimentale è costituito da quattro rivelatori di particelle: tre scintillatori e un rivelatore RPC. Quando una particella ionizzante attraversa i tre scintillatori, un segnale di trigger viene inviato al sistema di acquisizione, che avvia la registrazione dell’evento. Variando la posizione degli scintillatori è possibile selezionare une regione specifica del rivelatore sotto test.
Casco dell’esperimento ALTEA, indossato dagli astronauti a bordo della stazione spaziale internazionale per lo studio del fenomeno dei lampi di luce nello spazio (causati dall’interazione dei raggi cosmici con l’apparato visivo degli astronauti). Il casco è stato a bordo della Stazione Spaziale dal 2006 al 2012. Destra: Lente di Fresnel (modello di terra) utilizzata nell’apparato spaziale Mini-EUSO a bordo della Stazione Spaziale Internazionale http://wizard.roma2.infn.it/sileye/index.htm Da Sinistra: Modello del razzo Cosmos, utilizzato per lanciare dal cosmodromo di Plesetsk il telescopio di raggi cosmici NINA-2 a bordo del satellite ASI MITA. http://wizard.roma2.infn.it/nina/index.htm, Modello dello spettrometro magnetico PAMELA per la ricerca di antimateria nei raggi cosmici a bordo del satellite russo Resurs-01 (operativo dal 2006 al 2016); Modello del Satellite Russo Resurs-01 con a bordo lo spettrometro magnetico Pamela; Modello del razzo Soyuz che ha lanciato il satellite Resurs-01 e l’apparato PAMELA. https://pamela.roma2.infn.it/; Modello di volo del rivelatore di raggi cosmici SIleye3/Alteino, a bordo della stazione spaziale dal 2002 al 2010 ed utilizzato per lo studio della radiazione ambientale nello spazio e dei metodi di schermatura per gli astronauti. https://pamela.roma2.infn.it/ Il Sole è una stella magneticamente attiva, che a volte produce tempeste solari, intense emissioni di particelle e fotoni ad alta energia, influenzando tutto il Sistema Solare e anche la Terra. Studiare questi fenomeni è simile a studiare i fenomeni meteo ed infatti si parla di meteo spaziale o “space weather”. Questi fenomeni possono avere un impatto profondo sulla nostra civiltà moderna, causando problemi a satelliti in orbita, missioni umane nello spazio, disturbando i sistemi di posizionamento come il GPS e potendo arrivare a causare blackout a terra. Fortunatamente molti danni possono essere evitati, sapendo prevedere per tempo questi fenomeni. SWERTO è la nostra stazione di monitoraggio, dove i dati provenienti da diversi telescopi e strumenti a bordo di satelliti vengono elaborati per produrre un bollettino meteo spaziale.
Un telescopio solare è in grado di convogliare una quantità di energia enorme nel suo fuoco e si comporta quindi come un grande specchio ustore. Per questo motivo uno dei suoi componenti a più alta tecnologia è il sistema di controllo termico. Un telescopio solare ad alta risoluzione studia una piccola parte della superficie del Sole, con un alto ingrandimento. Il resto del disco solare, che non è osservato, contribuisce solamente al riscaldamento del telescopio, disturbando le osservazioni. L’immagine del Sole viene quindi formata su un componente detto reiettore di calore, costituito da uno specchio raffreddato con un foro che lascia passare solo la porzione di Sole che si vuole osservare. Il reiettore deve sopportare un flusso di energia incidente di circa 300 W/ cm^2, in grado di fondere il metallo di cui è fatto in pochi secondi in assenza del necessario raffreddamento. Per resistere si avvale, per la prima volta in un telescopio, della tecnologia “jet impingement”, utilizzata solitamente nelle centrali nucleari. Il prototipo verrà testato al telescopio GREGOR da 1,5 m. Nell’immagine il reiettore di calore attualmente installato al GREGOR.
Questo studio consiste nella ricerca di nuove miscele gassose eco-compatibili per gli RPC dell’esperimento ATLAS. Questi rivelatori attualmente lavorano con una miscela di gas composta principalmente da C2H2F4, che ha un forte impatto ambientale. La miscela usata in questi rivelatori deve avere una componente primaria densa che garantisca la ionizzazione del gas al passaggio della particella, una componente in grado di assorbire i fotoni prodotti nei processi di ricombinazione elettrone-ione e una componente in grado di catturare elettroni lenti impedendo la formazione degli streamer. Gli streamer appaiono quando i fotoni delle ricombinazioni producono, per ionizzazione secondaria, un filamento di plasma che interconnette gli elettrodi. Le caratteristiche dei segnali di streamer sono incompatibili con i requisiti dell’esperimento ATLAS. Le miscele alternative studiate sono composte da idrofluoroolefine e anidride carbonica ed hanno un impatto praticamente nullo sull’effetto serra. L’apparato sperimentale è costituito da cinque rivelatori RPC: quattro di trigger più uno di test. Un evento viene registrato nel sistema di acquisizione se e solo se tutti e quattro i rivelatori di trigger hanno prodotto un segnale. La camera sotto test è stata scelta in modo tale da avere le stesse caratteristiche dei rivelatori RPC attualmente installati in ATLAS.
Calorimetro silicio tungsteno utilizzato per i test e calibrazione su fascio di particelle al CERN (1991-1992). Ha costituito la base per i successivi calorimetri. Centro: Sistema di alimentazione, modello di terra, del rivelatore di raggi cosmici NINA-1 (lanciato nel 1998). Destra: Sistema di acquisizione e gestione dati , modello di terra, del rivelatore di raggi cosmici NINA. http://wizard.roma2.infn.it/nina/index.htm La stazione di controllo permette di far arrivare la luce del Sole su un moderno banco ottico, dove è possibile testare diversi strumenti. Uno specchio sul tetto (eliostato), controllato tramite un fotodiodo a quadranti, permette di avere il fascio solare disponibile durante tutto il giorno. Il telescopio TSST è uno strumento dedicato allo studio delle tempeste solari e dello Space Weather. È costituito da due telescopi che osservano ogni giorno l’intero disco solare a caccia di segnali che ci dicano se il Sole stia per produrre una tempesta solare. Uno dei due telescopi è in grado di osservare la cromosfera del Sole, dove è possibile individuare protuberanze e brillamenti. L’altro sfrutta invece un filtro magneto-ottico per ottenere una mappa dei campi magnetici presenti sul Sole. La tecnologia che sfrutta permette di ottenere queste osservazioni con uno strumento abbastanza economico da poter essere installato in diversi punti del mondo, per poter sorvegliare costantemente 24 ore su 24 il comportamento del Sole. Nella foto l’eclissi solare del 20 marzo 2015.
Il visitatore si trova in una sala del laboratorio dell’esperimento ATLAS presso la sezione di Roma Tor Vergata dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. In questo laboratorio sono stati progettati e costruiti tutti i rivelatori RPC attualmente utilizzati nell’esperimento ATLAS, per un totale di 1116 rivelatori, corrispondenti a una superficie coperta maggiore di 3650 metri quadrati e 355000 canali di lettura. L’attività di costruzione, manutenzione e aggiornamento dei dispositivi installati sull’esperimento ATLAS, è costantemente affiancata da attività di ricerca e sviluppo finalizzate a migliorare le prestazioni di questa tipologia di rivelatore oltre che allo sviluppo di nuovi rivelatori a gas. Le tematiche affrontate in fase di sviluppo sono incentrate principalmente sulla comprensione della dinamica della scarica elettrica nei gas, dei fenomeni di conduzione nei materiali resistivi e sulla progettazione dell’elettronica di front-end per la lettura dei segnali prodotti dalle particelle nell’attraversamento del rivelatore.
In questo tour illustreremo due apparati sperimentali attualmente in funzione per lo studio di nuove miscele di gas e per l’ottimizzazione della lettura del segnale.
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) è uno dei quattro esperimenti che si trovano al Large Hadron Collider ed è, insieme a CMS, uno dei due apparati che ha osservato per la prima volta il bosone di Higgs. Oggi l’esperimento ATLAS ha come obbiettivo principale quello di osservare processi di fisica delle alte energie non previsti dal Modello Standard delle particelle elementari.
La struttura dell’apparato è costituita da strati di rivelatori disposti su superfici cilindriche concentriche. Ogni strato ha il compito di rivelare specifiche particelle che provengono dalla zona di interazione dei fasci di protoni misurandone proprietà come l’energia e l’impulso.
I rivelatori RPC costituiscono, insieme ad altri detector, lo spettrometro muonico ed hanno la funzione di rivelare i muoni, particelle simili agli elettroni ma con una massa circa 200 volte maggiore. Queste particelle sono presenti in alcuni stati finali dei processi che avvengono al centro dell’apparato sperimentale. Il nostro gruppo di ricerca sta progettando, costruendo e installando nuovi rivelatori che andranno a rafforzare la capacità di selezione dello spettrometro muonico in previsione dell’aumento di luminosità di LHC. La superficie che verrà coperta dai nuovi rivelatori è di circa 470 m2 e sarà equipaggiata con più di 50000 canali di lettura.
Da sinistra: EGSE (Electronic Ground Support Equipment), strumentazione utilizzata per la qualifica dell’apparato Pamela. https://pamela.roma2.infn.it/; Alimentazione (modello di terra) dell’apparato NINIA-1 (1998). http://wizard.roma2.infn.it/nina/index.htm; modello di terra dello strumento SIleye-2 utilizzato a brodo della stazione spaziale russa Mir (1995-200) per lo studio dei lampi di luce e la radiazione ambientale a bordo della stazione; Borse per il trasporto di carte di memoria e elementi dell’apparato Sileye-3/Alteino. A bordo sulla ISS (Stazione Spaziale Internazionale) per vari anni a cavallo tra il 2006 e il 2010. http://wizard.roma2.infn.it/sileye/index.htm Microscopio a forza atomica AFM operante in aria con risoluzione laterale nanometrica. L’immagine AFM riportata rappresenta dei punti quantici di InAs di dimensioni nanometriche cresciuti su GaAs mediante MBE. Il controllo della crescita ottenuto mediante la MBE ha permesso di favorire la crescita e l’ordinamento spontaneo di queste nanostrutture.
Il Resistive Plate Chamber è un rivelatore a gas costituito da due pannelli paralleli di materiale semi-isolante tra cui flussa una miscela gassosa. Le facce degli elettrodi rivolte verso l’esterno sono ricoperte da uno strato di grafite che distribuisce il potenziale su tutta la superficie. La struttura è coperta da materiale isolante. Quando una particella ionizzante attraversa il dispositivo, può strappare un elettrone dalle molecole del gas. Gli elettroni e le molecole ionizzate vengono accelerati dal campo elettrico in direzioni opposte. Se il campo è abbastanza intenso, gli elettroni raggiungono una velocità sufficiente a produrre nuove ionizzazioni, innescando così un processo di moltiplicazione a valanga. Gli elettroni e gli ioni in moto producono un segnale di corrente indotta sui pannelli conduttori poggiati sulle superfici esterne osservabile grazie alle moderne strumentazioni elettroniche. L’RPC è sensibile a tutte le particelle cariche che abbiano un’energia tale da raggiungere lo strato gassoso. Essendo il gas una targhetta sottile e con bassa densità, l’RPC è poco sensibile a particelle neutre. Viene impiegato principalmente per la rivelazione di muoni in apparati sperimentali di grandissime dimensioni in cui ne vengono sfruttate le eccellenti prestazioni temporali e il basso costo di realizzazione.
Il laboratorio MBE è dedicato alla crescita di materiali cristallini semiconduttori e alla loro caratterizzazione elettronica, mediante spettroscopia di fotoemissione con raggi X e raggi ultravioletti (XPS e UPS), e strutturale mediante microscopia a forza atomica (AFM).
L’attività di ricerca svolta in questo laboratorio segue due linee principali. La prima è dedicato alla crescita e allo studio delle proprietà elettroniche di nuove eterostrutture di materiali a cambiamento di fase (PCM) basati sulle leghe Ge(In)-Sb-Te per applicazioni in memorie RAM non volatili (Progetto Europeo H2020 – BeforeHand, GA: 824957). L’attività di ricerca di BeforeHand mira a stabilire le basi di una nuova tecnologia adatta per l'implementazione in reti di sistemi elettronici intelligenti, con particolare attenzione alle applicazioni in campo automobilistico. La seconda linea di ricerca riguarda la crescita epitassiale e lo studio di eterostrutture e nanostrutture di semiconduttori III-V, con e senza disadattamento reticolare, per applicazioni nell’optoelettronica e nella fotonica.
Sistema di crescita mediante Deposizione Fisica da fase Vapore (PVD) dedicato alla crescita di materiali calcogenuri a cambiamento di fase (sorgenti disponibili: celle di effusione termica per Ge, In, Sb, e Te). La ricerca sui materiali a cambiamento di fase (PCM) è il soggetto del progetto Europeo BeforeHand (GA: 824957) finanziato nell'ambito del programma Horizon 2020. Nel progetto BeforeHand si studiano le proprietà dei PCM con lo scopo di realizzare nuove memorie RAM non volatili da utilizzare per applicazioni in campo automobilistico.
Il laboratorio di Fisica Solare e Fisica Spaziale del Dipartimento di Fisica di Tor Vergata è dedicato alla realizzazione di strumenti per lo studio del Sole, della fisica della spazio interplanetario e circumterrestre. Il laboratorio vanta una lunga tradizione nell'ambito della Fisica dello Spazio, fin dagli albori dei programmi di ricerca spaziali, grazie agli studi condotti da Alberto Egidi, Franco Mariani e Sergio Cantarano. Le principali missioni a cui i ricercatori del laboratorio hanno contribuito sono: sonde Pioneer 6, 7 & 8, Helios, GEOS 1 & 2, Giotto, HEOS-1 & 2, ISEE-2, ADAHELI, ADAHELI+. Vengono inoltre progettati e realizzati strumenti per l'osservazione del Sole da telescopi terrestri ad alta risoluzione spaziale (THEMIS/IPM, DST/IBIS, EST/NBIs), e per l'osservazioni continuativa sinottica del suo campo magnetico (TSST), con una specializzazione nel campo dei filtri ad alta risoluzione spettrale (interferometri di Fabry-Pérot e filtri Magneto-Ottici) e nel controllo termico dei telescopi. I dati dei diversi strumenti, insieme a quelli provenienti da altre missioni spaziali e da terra sono poi utilizzati nel nostro centro di monitoraggio Space Weather "SWERTO", per il controllo e l'evoluzione delle tempeste solari.
Sistema per la crescita epitassiale da fasci molecolari (Molecular Beam Epitaxy – MBE) di semiconduttori dei gruppi III-V. Il sistema è equipaggiato con 7 celle di effusione di Knudsen per Ga, In, Al, As, Sb, Bi, e Si) e con la tecnica diagnostica in situ di diffrazione di elettroni ad incidenza radente (RHEED) che permette di studiare la simmetria del cristallo durante la crescita. La MBE consente un controllo della crescita dei materiali con un’accuratezza non raggiungibile da altre tecniche, al limite del singolo strato di atomi. Nel laboratorio MBE si sono studiate sia la crescita di nanostrutture a zero dimensioni (punti quantici di InAs), sia nuove leghe di GaAsBi, interessanti per applicazioni in optoelettronica.
Il visitatore si trova nel Laboratorio DAMA. Il progetto DAMA è un osservatorio per lo studio di processi rari grazie allo sviluppo e all’uso di rivelatori a scintillazione di elevata radiopurezza e grande massa. Gli apparati sperimentali del progetto sono in funzione nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN. I Laboratori del Gran Sasso si trovano sottoterra, circa 1500 metri sotto la vetta della montagna, per schermare i rivelatori dai raggi cosmici. DAMA è dedicato principalmente all'investigazione delle particelle di Materia Oscura dell’Universo e alla ricerca di altri processi rari. Nel laboratorio DAMA qui a Tor Vergata vengono condotte misure e test su dispositivi e rivelatori che poi verranno utilizzati negli esperimenti ai Laboratori del Gran Sasso.
Questo è il laboratorio di microscopia a basse temperature. La parte più importante del laboratorio è rappresentato da una camera da ultra-alto vuoto in cui campioni scientifici vengono preparati e poi studiati con una tecnica microscopica che permette di osservarne direttamente gli atomi. L’apparato viene anche usato per studiare le proprietà elettroniche del campione. I campioni oggetto di studio sono eterogenei: metalli, materiali semiconduttori , nanotubi, materiali bidimensionali, film superconduttivi o addirittura molecole organiche.
Modello ingegneristico dello spettrometro magnetico PAMELA per la ricerca di antimateria nei raggi cosmici a bordo del satellite russo Resurs-01 (operativo dal 2006 al 2016). Il Modello ingegneristico è una copia in scala 1:1 con le stesse funzionalità dell’apparato di volo. https://pamela.roma2.infn.it/ Gabbia di faraday per la calibrazione dei sensori elettrici e magnetici del Satellite CSES-Limadou, posto in orbita in 2 febbraio 2018. Vari strumenti a bordo sono stati progettati e realizzati dalla collaborazione italiana. Attualmente è in fase avanzata di sviluppo il nuovo EFD-02 a bordo della seconda missione CSES-02, il cui lancio è previsto per il 2021, sviluppato completamente dalla collaborazione della parte Italiana ASI-INFN-INAFhttp://cses.roma2.infn.it/ Nella camera di misura è presente un microscopio a sonda STM/AFM in grado di visualizzare gli atomi al variare della temperatura (da 25 K a 1500K). La particolare geometria di questo strumento permette inoltre di acquisire misure STM anche durante la deposizione epitassiale dei materiali emessi da 2 cannoni elettronici puntati verso il campione.Nella camera di misura è presente un microscopio a sonda STM/AFM in grado di visualizzare gli atomi al variare della temperatura (da 25 K a 1500K). La particolare geometria di questo strumento permette inoltre di acquisire misure STM anche durante la deposizione epitassiale dei materiali emessi da 2 cannoni elettronici puntati verso il campione.
Il Laboratorio NANOLAB STM è dedicato alla crescita e caratterizzazione di nuovi materiali con tecniche sperimentali adatte a studiare la struttura elettronica e morfologica delle superfici con risoluzione atomica.
Il Laboratorio ospita una camera di misura in Ultra Alto Vuoto dotata di un microscopio a sonda STM/AFM, due evaporatori per la deposizione epitassiale di materiali diversi, un LEED /AES per la diffrazione con elettroni e la spettroscopia Auger e di un cannone a ioni.
L'Electric Field Detector (EFD), misuratore di campo elettrico sviluppato nell'ambito della collaborazione italo-cinese sul CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite. Il rivelatore è costituito da sonde sferiche (Probe) progettate per essere installate all'estremità di quattro bracci dispiegati di un satellite stabilizzato a 3 assi. Lo strumento è stato concepito per misurazioni spaziali di fenomeni elettromagnetici come le onde ionosferiche, accoppiamento litosfera-atmosfera-ionosfera-magnetosfera ed emissioni elettromagnetiche antropiche. Il rivelatore permette di misurare campi elettrici in un'ampia banda di frequenze che vanno da quasi-DC fino a circa 3.7 MHz, con una sensibilità dell'ordine di 5 μ V = m nella banda ULF. Con questa larghezza di banda e sensibilità, il rivelatore di campo elettrico descritto, rappresenta un dispositivo molto performante ed aggiornato per misure di campo elettrico nello spazio. http://cses.roma2.infn.it/ Questa camera in acciaio raggiunge le condizioni di ultra-alto vuoto (cioè pressioni più basse di 5x10-10 mbar; da ricordare che al livello del mare la pressione atmosferica è pari a 1000 mbar) grazie ad un sistema di pompaggio comprendente una pompa turbomolecolare, particolarmente efficace nel pompaggio di molecole pesanti, che è sempre usata in connessione con una pompa da basso vuoto; una pompa ionica, che funziona ionizzando e imprigionando le molecole presenti nella camera grazie ad alti campi elettrici e magnetici; ed una pompa di sublimazione al titanio. Qui i campioni possono essere scaldati ad alte temperature e trattati con ioni per pulire la superficie. È presente anche un evaporatore per la deposizione di film sottili. È separata dalla camera di microscopia con una valvola.
Una volta che i campioni sono stati puliti e preparati nella camera di preparazione, questi vengono introdotti nella camera di microscopia mediante l’uso di manupolatori magnetici. Anche la camera di microscopia si trova in condizioni di ultra-alto vuoto grazie alla presenza di una pompa ionica ed una a sublimazione di titanio. In questa camera è presente un microscopio a sonda che è raffreddato ad una temperatura di 10 K (-263 C) e lavora sia come microscopio a sccansione ad effetto tunnel che a forza atomica. Con questo microscopioo possiamo osservare e studiare gli atomi presenti sulla superficie di un campione, e le sue proprietà elettroniche.
Il Fotomoltiplicatore è un dispositivo in grado di convertire luce in segnale elettrico. Nel campo della fisica delle particelle sono utilizzati accoppiati otticamente a particolari rivelatori di particelle chiamati scintillatori. Questi rivelatori, quando una particella carica o un fotone li attraversa, producono un lampo luminoso, detto luce di scintillazione. La luce colpisce quindi la finestra del Fotomoltiplicatore e viene convertita in un segnale elettrico che contiene informazioni sulla radiazione che ha colpito il rivelatore. Gli scintillatori sono il tipo di rivelatori utilizzati negli apparati dell’esperimento DAMA ai Laboratori del Gran Sasso dove vengono impiegati per studiare la Materia Oscura dell’Universo e vari processi nucleari rari.
In questa foto si può vedere un emettitore di luce laser blu. Il fascio laser è fatto passare attraverso fibre ottiche, attenuato in intensità e infine inviato sulla finestra di un Fotomoltiplicatore. In questo modo è possibile produrre un impulso laser di intensità controllata che permette di studiare la risposta dei Fotomoltiplicatori. I Fotomoltiplicatori sono una parte importante degli esperimenti DAMA ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Qui nel Laboratorio DAMA all’Università di Roma Tor Vergata si conducono test e misure con la finalità di caratterizzare nuovi Fotomoltiplicatori che verranno poi utilizzati in esperimenti e misure future ai Laboratori Sotterranei del Gran Sasso.
Sistema di crescita mediante Deposizione Fisica da fase Vapore (PVD) dedicato alla crescita di materiali calcogenuri a cambiamento di fase (sorgenti disponibili: celle di effusione termica per Ge, In, Sb, e Te). La ricerca sui materiali a cambiamento di fase (PCM) è il soggetto del progetto Europeo BeforeHand (GA: 824957) finanziato nell'ambito del programma Horizon 2020. Nel progetto BeforeHand si studiano le proprietà dei PCM con lo scopo di realizzare nuove memorie RAM non volatili da utilizzare per applicazioni in campo automobilistico.
Sistema per la crescita epitassiale da fasci molecolari (Molecular Beam Epitaxy – MBE) di semiconduttori dei gruppi III-V. Il sistema è equipaggiato con 7 celle di effusione di Knudsen per Ga, In, Al, As, Sb, Bi, e Si) e con la tecnica diagnostica in situ di diffrazione di elettroni ad incidenza radente (RHEED) che permette di studiare la simmetria del cristallo durante la crescita. La MBE consente un controllo della crescita dei materiali con un’accuratezza non raggiungibile da altre tecniche, al limite del singolo strato di atomi. Nel laboratorio MBE si sono studiate sia la crescita di nanostrutture a zero dimensioni (punti quantici di InAs), sia nuove leghe di GaAsBi, interessanti per applicazioni in optoelettronica.
Con questa strumentazione è stato realizzato un brevetto per la pulizia delle punte del microscopio e sono stati acquisiti per la prima volta a Tor Vergata alcuni filmati che mostrano in tempo reale la formazione di punti quantici di Germanio Silicio.
Nella foto si vede una parte dell’apparato dell’esperimento DAMA/LXe che, nel passato e’ stato in misura ai Laboratori Sotterranei del Gran Sasso. Ora è utilizzato nel Laboratorio DAMA all’Università di Roma Tor Vergata come apparato di test per rivelatori solidi e liquidi (quali lo Xenon liquido) a basse temperature. Si nota il sistema di riempimento della cella che si trova all’interno della camera da vuoto sulla destra. Si notano i misuratori di pressione e di vuoto del circuito.
Camera di analisi equipaggiata con spettroscopia di fotoemissione con raggi X (XPS) e ultravioletta (UPS) e diffrazione di elettroni ad incidenza normale LEED. La camera è connessa in ultra-alto vuoto al reattore PVD. L’immagine di diffrazione LEED mostra la simmetria esagonale della superficie di un campione di un materiale a cambiamento di fase Ge2Sb2Te5, lo spettro mostra la curve di distribuzione di energia degli elettroni fotoemessi dallo stesso campione nella regione di energia dei livelli di core Te 4d, Sb 4d e Ge 3d.
Il LEED (Low Energy Electron Diffraction) è uno strumento che utilizza la riflessione di un fascio di elettroni a bassa energia. Se gli atomi sulla superficie sono ordinati il fascio di elettroni che viene riflesso si concentra in alcuni punti e va a formare, su uno schermo fluorescente, una figura geometrica regolare che rappresenta il reciproco del reticolo superficiale. Con questa misura si può quindi determinare la disposizione geometrica degli atomi sulla superficie del campione.
Il LEED presente nel laboratorio NANOLAB STM è un LEED /AES della ditta Omicron che permette anche la misura degli elettroni Auger che danno informazioni sulla composizione superficiale del campione.