Diffusione della luce e dei raggi X in silice amorfa - La Sapienza

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CAPITOLO 1. Introduzione 15Nel primo caso due delle possibilità più utilizzate sono:La dinamica molecolare simula il moto dei costituenti utilizzando leequazioni di Newton a partire da un potenziale di interazione interatomicoche descriva in modo sensato il glass-former di interesse. Il sistema viene”creato” a temperature al di sopra della T m e viene quindi lentamente portatonella regione di sottoraffreddamento; quindi è raffreddato (quenchato)scendendo rapidamente in temperatura fino a qualche kelvin, ed equilibratoaspettando un tempo sufficientemente lungo.A questo punto il sistema stabilizzato viene fatto evolvere nel tempo, ed èpossibile calcolare i valori medi temporali delle quantità dinamiche di maggiorinteresse, quali quelle precedentemente citate.L’analisi dei modi normali calcola la matrice dinamica del sistema,quantità che sarà introdotta nel capitolo seguente, legata di fatto alle costantidi forza, a partire da un potenziale di prova di tipo armonico e dalla configurazioneinerente, cioè dalle posizioni atomiche di equilibrio (che possonoessere ottenute, ad esempio, come risultato delle simulazioni di dinamicamolecolare). La matrice dinamica permette poi, attraverso la diagonalizzazionediretta o l’applicazione di altre tecniche tra le quali menzioniamo ilmetodo dei momenti, il calcolo delle quantità dinamiche.Le tecniche sperimentalmente utilizzabili sono molteplici, le tre cui facciamoriferimento sono certamente le seguenti:Lo scattering della luce si basa sull’analisi dello spettro prodottodall’interazione tra il campo elettromagnetico alle frequenze ottiche e il campione.A seconda della regione studiata si parla di diffusione Brillouin (0 ÷ 1cm −1 ) o di diffusione Raman (1 ÷ 100 cm −1 ).Lo scattering di neutroni ha luogo dall’interazione tra i neutroni ei nuclei degli atomi del campione studiato. La sezione d’urto si divide inquesto caso in una parte coerente originata dalla ricostruzione del segnalediffuso in fase dai vari atomi, che permette, in alcuni casi particolari, distudiare le eventuali eccitazioni collettive del solido nella regione dei meV ,e in una incoerente che è dovuta alla sovrapposizione delle particelle diffusedai singoli atomi senza una relazione di fase fissata, legata in questo casodirettamente alla densità di stati del sistema.Lo scattering anelastico di raggi X è poi una nuova promettentetecnica che permette, attraverso l’interazione tra il campo elettromagneticoalle lunghezze d’onda dell’Angstrom e il campione, lo studio delle eccitazionielementari in una regione inaccessibile, in molti casi, alla spettroscopianeutronica.15
16 1.2. LE PROPRIETÀ VIBRAZIONALI DEI VETRI1.2.2 Scopo della tesiLa dinamica dei solidi amorfi è a tutt’oggi un problema molto dibattuto,ben lontano dall’essere compreso a fondo e formalizzato in una visione generale.Un punto fermo sembra però essere la dipendenza della natura delleeccitazioni elementari dal loro range di frequenza.La regione delle alte frequenze, diciamo ˜υ > 500 cm −1 è certamente quellameglio compresa, dominata dai modi di vibrazione intermolecolari e dalcomportamento di singola particella. In altre parole in questa regione, considerandoper esempio il v−SiO 2 , lo spettro del solido non è molto diversoda quello di un ipotetico tetraedo Si−O 4 .Il comportamento nelle regioni di bassa (0 ÷ 10 cm −1 ) e media (10 ÷ 500cm −1 ) frequenza è invece ancora poco chiaro: il principale problema, in unapproccio di tipo sperimentale, risiede nel collegamento tra le quantità misuratee le proprietà vere e proprie del sistema. Oltre a questo, fino a qualcheanno fa esistevano limiti ben precisi alle regioni spettrali accessibili: da questopunto di vista l’avvento della diffusione anelastica di raggi X rappresentacertamente un grosso passo in avanti.Lo scopo di questa tesi è quello di far luce, almeno parzialmente, sull’originee le caratteristiche del comportamento dinamico di uno dei glass-formerspiù diffusi e per questo lungamente studiati: il v−SiO 2 , attraverso l’interpretazionedei risultati ottenuti dall’utilizzo di due diverse tecniche sperimentali,che permettono l’accesso a diverse regioni dello spazio ω, q: la diffusioneBrillouin e lo scattering anelastico di raggi X.16
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Bibliografia[1] S. R. Elliot, ”Ph
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BIBLIOGRAFIA 139[31] P. Benassi, M.
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