Roberto Francini

Roberto Francini - CURRICULUM VITAE ET STUDIORUM Dati personali Data di nascita: 24 ottobre 1955 Luogo di nascita: Pisa Posizione attuale Professore Associato SD FIS/03 Fisica della Materia presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Roma – Tor Vergata FORMAZIONE E LAVORO Laurea Laurea in Fisica presso l'Università degli Studi di Roma La Sapienza il 12 dicembre 1980 discutendo una tesi sperimentale dal titolo Spettroscopia a due fotoni nel Cloruro di Argento, relatore il prof. U.M. Grassano, riportando la votazione di 110/110 con lode. Affiliazione Dal 1981 è ricercatore del Gruppo Nazionale di Struttura della Materia, prima presso l'Unità "Semiconduttori e Proprietà Ottiche dei Solidi" operante presso l'Istituto di Fisica "G. Marconi" di Roma e successivamente presso l'Unità "Proprietà Elettroniche e Magnetiche dei Solidi" operante presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma - Tor Vergata. E’ attualmente ricercatore CNISM (ex INFM) presso l’Unità di Ricerca di Roma Tor Vergata. Borse di studio e formazione post laurea 1981 E’ risultato vincitore di una borsa di studio per l’estero del Consiglio Nazionale delle Ricerche. 1982 Ha ottenuto un contributo della Fondazione Della Riccia per proseguire le ricerche all’estero. 1982 Ha vinto, senza usufruirne, di una borsa di studio annuale per l’estero del Consiglio Nazionale delle Ricerche. Scuole 1981 Scuola Nazionale di Struttura della Materia del Gruppo Nazionale di Struttura della Materia del CNR, Lecce. 1994 International Workshop “"Non-linear electromagnetic interactions in Semiconductors" tenutosi a Trieste presso lo I.C.T.P. Esperienze all’estero 1981 – 1982 Svolge attività di ricerca di Spettroscopia non lineare presso il Laboratorio di Spettroscopia Laser diretto dal Prof. D. Frohlich, Università di Dortmund, Germania. E’ visitatore presso l’Istituto di Fisica, Jagellonian University di Cracovia, Polonia, per brevi periodi negli anni 1989, 1990, 1991 e 1997. Trascorre diversi periodi di misura presso il Sincrotrone di Amburgo, Germania, tra il 1990 e il 2000.

Carriera professionale 1983 – 1987 E’ risultato vincitore del concorso libero per ricercatore universitario presso la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali della Università degli Studi di Roma - Tor Vergata ( gruppo n. 87, Fisica dei Solidi). 1987 – 2001 E’ ricercatore confermato universitario presso il Dipartimento di Fisica della Università degli Studi di Roma Tor Vergata. 2001 E’ dichiarato idoneo al ruolo di professore associato per il settore scientifico-disciplinare B03X Struttura della Materia, a seguito di valutazione comparativa indetta dall’Università degli Studi di Parma. Dal 1 novembre 2001 è professore associato non confermato, per il settore scientifico-disciplinare FIS/03 Fisica della Materia, presso la Facoltà di Scienze MM.FF.NN. della Università di Roma “Tor Vergata”. 2004 - 2013 E’ professore associato confermato, per il settore scientifico-disciplinare FIS/03 Fisica della Materia, presso la Facoltà di Scienze MM.FF.NN. della Università di Roma “Tor Vergata”. 2014 -> E’ professore associato confermato, per il settore scientifico-disciplinare FIS/03 Fisica della Materia, presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale della Università di Roma “Tor Vergata”. Incarichi accademici E’ stato rappresentante eletto dei Ricercatori presso la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali della Università di Roma – Tor Vergata E’ stato membro di Giunta del Dipartimento di Fisica della Università di Roma – Tor Vergata E’ stato responsabile dell’attività di orientamento del Consiglio di Corso di Laurea in Scienza dei Materiali della Università di Roma – Tor Vergata 2008 - 2012 E’ Presidente del Consiglio del Corso di Studi in Scienza dei Materiali della Università di Roma – Tor Vergata. 2013 – 2014 E’ Coordinatore del Consiglio del Corso di Studi in Scienza dei Materiali della Università di Roma – Tor Vergata DIDATTICA Corsi di insegnamento a.a. 1984/'85 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale I presso il Dipartimento di Matematica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1985/'86 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale I presso il Dipartimento di Matematica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1986/'87 - a.a. 1987/'88 Ha tenuto le esercitazioni dei corsi di Laboratorio di Fisica I e di Laboratorio di Fisica II presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1988/'89 - a.a. 1989/'90 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Laboratorio di Fisica II presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma –Tor Vergata.

a.a. 1990/'91 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale I presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1991/'92 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale II presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1992/'93 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale I presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1993/'94 Ha tenuto il corso di Fisica Sperimentale II di recupero presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma –Tor Vergata. a.a. 1993/'94 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale II presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1993/'94 Ha tenuto il corso di Fisica Sperimentale II presso il Dipartimento di Geologia della Facoltà di Scienze della Università di Camerino. a.a. 1994/'95 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale I presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1994/'95 Ha tenuto il corso di Fisica Sperimentale II presso il Dipartimento di Geologia della Facoltà di Scienze della Università di Camerino. a.a. 1995/'96 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale II presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1995/'96 Ha tenuto il corso di Fisica Sperimentale II presso il Dipartimento di Geologia della Facoltà di Scienze della Università di Camerino. a.a. 1996/'97 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale I presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1996/'97 Ha tenuto il corso di Fisica Sperimentale II presso il Dipartimento di Geologia della Facoltà di Scienze della Università di Camerino. a.a. 1997/'98 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale II presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1997/'98 Ha tenuto il corso di Fisica Sperimentale II presso il Dipartimento di Geologia della Facoltà di Scienze della Università di Camerino. a.a. 1998/'99 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale I presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 1999/2000 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale II presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2000/2001 Ha tenuto le esercitazioni del corso di Fisica Generale I presso il Dipartimento di Fisica della Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2001/2002 Ha tenuto il corso di Esperimentazione Fisica I per Scienza dei Materiali e il corso di Fisica per Informatica presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2002/2003 Ha tenuto il corso di Esperimentazione Fisica I per Scienza dei Materiali e il corso di Fisica (I° semestre) e il corso di Fisica (II° semestre) per Informatica presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2003/2004 Ha tenuto il corso di Esperimentazione Fisica I per Scienza dei Materiali e il corso di Fisica per Informatica presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2004/2005 Ha tenuto il corso di Esperimentazione Fisica I per Scienza dei Materiali presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2005/2006 Ha tenuto il corso di Esperimentazione Fisica I per Scienza dei Materiali e il corso di Fisica Generale II per Chimica presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2006/2007 Ha tenuto il corso di Esperimentazione Fisica I per Scienza dei Materiali e il corso di Fisica Generale II per Chimica presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2007/2008 Ha tenuto il corso di Fisica Generale II per Chimica e il corso Fisica I per Chimica Applicata presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2008/2009 Ha tenuto il corso di Esperimentazione Fisica I per Scienza dei Materiali; il corso di Fisica Generale II per Chimica e il corso Fisica II per Chimica Applicata presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata. a.a. 2009/2010 – 2010/2011 – 2011/2012 – 2012/2013 – 2013/2014 – 2014/2015 – 2015/2016 – 2016/2017 – 2017/2018 Ha tenuto il corso di Fisica Sperimentale II per Scienza dei Materiali presso la Facoltà di Scienze della Seconda Università degli Studi di Roma – Tor Vergata.

a.a. 2016/2017

Ha tenuto il corso di Fisica Generale II per il corso di laurea in Ingegneria Medica. Tesi di laurea E’ stato relatore di tesi di laurea per, o ha assistito direttamente, almeno 17 laureandi in Fisica e Scienza dei Materiali. RICERCA Competenze scientifiche Studio di impurezze e difetti in materiali solidi sia cristallini che vetrosi attraverso misure di spettroscopia ottica quali l'assorbimento, l'emissione, lo studio del decadimento della luminescenza, con particolare riferimento alla spettroscopia a due fotoni. Studio dei processi di energy transfer in ioni di terre rare in matrici nanocristalline. Tecniche di spettroscopia nell’ultravioletto da vuoto in laboratorio e presso facilities di luce di sincrotrone. Interazione laser-materia.

Materiali nanostrutturati per la Fotonica Realizzazioni sperimentali • Realizzazione di un apparato sperimentale per la misura dell'assorbimento a due fotoni con luce di sincrotrone presso la Facility PULS dei Laboratori Nazionali di Frascati. • Allestimento di un laboratorio per la misura dell'eccitazione a due fotoni mediante laser tunabile (Dye laser) e laser ad eccimero presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma Tor Vergata. • Realizzazione di un apparato sperimentale per la spettroscopia in eccitazione ed in emissione nella regione dell’ultravioletto da vuoto presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma Tor Vergata. • Allestimento del Laboratorio di Spettroscopia Ottica VUV-Visibile-NIR presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma Tor Vergata. Relazioni a congresso su invito 1993 Spettroscopia a due fotoni di difetti e impurezze in cristalli isolanti LXXIX Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Udine. 1996 Spectroscopy of Rare Earth Ions in Insulating Crystals and Glasses International Congress Tunable Solid State Lasers TSSL96, Wroclaw, Polonia. 1996 Spettroscopia di Terre Rare in Cristalli Isolanti e Vetri LXXXII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Verona. 1999 Materiali laser conteneti ioni di terre rare LXXXV Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Pavia. Comunicazioni a congressi 1979 LXV Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1980 LXVI Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1982 LXVIII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1982 Fourth Europhysical Topical Conference on Lattice Defects in Ionic Crystals - Dublin, Ireland 1984 LXX Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1984 International Conference on Luminescence - Madison, USA 1985 LXXI Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1986 LXXII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1986 Eighth International Conference on Vacuum Ultraviolet Physics – Lund, Sweden 1986 Fifth Europhysical Topical Conference on Lattice Defects in Ionic Crystals - Madrid, Spain 1986 Synchrotron Radiation at Frascati: 1986 User Meeting - Frascati, Italy 1986 Primo Congresso Nazionale di Fisica della Materia - Genova, Italy 1987 LXXIII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1987 Seventh General Conference of the Condensed Matter Division of the EPS - Pisa, Italy 1988 LXXIV Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1988 International Conference on Defects in Insulating Crystals - Parma, Italy 1990 LXXVI Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1990 Sixth Europhysical Topical Conference on Lattice Defects in Ionic Materials - Groningen, The Netherlands 1990 10th General Conference of the Condensed Matter Division of the EPS - Lisbona, Portugal 1991 LXXVII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1991 Congresso Annuale del Gruppo Nazionale di Struttura della Materia del C.N.R. - Monteporzio Catone, Frascati - Italy 1993 LXXIX Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1994 LXXX Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1995 Congresso Nazionale di Fisica della Materia - Napoli - Italy 1996 15th General Conference of the Condensed Matter Division of the EPS - Baveno - Stresa, Italy 1996 International Conference on Defects in Insulating Materials - Wake Forest, USA 1996 International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter - Prague, Czech Republic 1996 International Conference on Tunable Solid State Lasers TSSL96 - Wroclaw, Poland 1996 LXXXII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 1997 Congresso Nazionale di Fisica della Materia - Cagliari - Italy 1998 9th Cimtec - World Forum on New Materials - Innovative Light Emitting Materials - Firenze - Italy 1998 Congresso Nazionale di Fisica della Materia - Rimini - Italy 1998 European Conference on Defects in Insulating Materials - Keele University - England 1999 Congresso Nazionale di Fisica della Materia - Catania - Italy 1999 LXXXV Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica 2000 Congresso Nazionale di Fisica della Materia - Genova - Italy 2001 Congresso Nazionale di Fisica della Materia – Roma – Italy 2002 9th Europhysical Conference on Defects and Insulating Materials – Wroclaw – Poland 2002 Congresso Nazionale di Fisica della Materia – Bari – Italy 2003 Spring Workshop on Spectroscopy, Structure and Synthesis of Rare Earth Systems, Poland 2004 Workshop on functional materials, FMA 2004, Athens, Greece 2004 3rd International Conference on Computational Modeling and Simulation of Materials. Acireale, Italy 2006 10th Europhysical Conference on Defects and Insulating Materials – Milano – Italy

2006

XAFS13, 13th International Conference, X-Ray Absorption Fine Structure, Stanford, California USA

2013

LIDINE 2013, Light Detection in Noble Elements, Fermilab, Batavia, IL USA

2016

Thermec 2016, 9th Internation Conference on advanced materials, Graz, Austria 2016

Fotonica 2016, 18th Italian National Conference on Photonic Technologies, Rome, Italy

Pubblicazioni E’ autore di più di 60 articoli pubblicati su riviste internazionali con referee e di un lavoro di rassegna sulla spettroscopia delle terre rare nei materiali isolanti. Attività di coordinamento della ricerca 1997 E’ stato coordinatore scientifico del progetto Spettroscopia Ottica in Vetri Sol-gel Contenenti Ioni di Terre Rare, finanziato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche (30.000.000 Lire) 2001 – 2003 E’ stato coordinatore locale della Unità di Roma Tor Vergata del progetto di Ricerca di Interesse Nazionale COFIN2001 dal titolo Spettroscopia infrarossa ioni di terre rare in materiali ossidi nanostrutturati ( 59.392 Euro) 2003 – 2005 E’ stato coordinatore locale della Unità di Roma Tor Vergata del progetto di Ricerca di Interesse Nazionale COFIN2003 dal titolo Caratterizzazione spettroscopica di ioni di terre rare in materiali scintillatori e luminescenti nanostrutturati ( 57.900 Euro) 2004 E’ stato titolare di un incarico di servizio scientifico per Misure di trasmissione ottica di provini nella regione spettrale DUV-VUV per conto dell’ENEA (12.000 Euro) 2010 È stato titolare di contratto di ricerca per “Misure di luminescenza e di eccitazione di provini nella regione spettrale 110 – 300 nm” per conto del Dip. di Fisica dell’Università dell’Aquila (12.000 Euro) E’ stato responsabile scientifico di tre Borse di Studio annuali INFM e di un Assegno di Ricerca del Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata. Collaborazioni nazionali e internazionali Ha collaborato a livello nazionale con: Dipartimento di Fisica, Università di Parma (Prof.ssa R. Cappelletti), Dipartimento di Fisica, Università di Pisa (Prof. M. Tonelli), Dipartimento di Chimica, Università di Verona (Prof. M. Bettinelli), Dipartimento di Chimica, Università di Venezia Cà Foscari (Prof. P.Riello), Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano-Bicocca (Prof.ssa A. Vedda), Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Università di Roma Tor Vergata (Prof. R. Pizzoferrato). Ha collaborato a livello internazionale con: Jagellonian University, Institute of Physics, Cracovia, Polonia, nell’ambito di un accordo bilaterale, Prof. A. Kisiel. Collabora da molti anni con il Prof. G.G. Tarasov della Academy of Sciences, Institute of Semiconductor Physics, Kiev Ucraina. Ha collaborato con Il Dipartimento di Fisica della Università di Dortmund, Germania, Prof. D. Frholich.

Collabora con il Prof S. Schrader, Technische Fachhochschule Wildau, University of Applied Sciences, Germany. Attività di ricerca L'attività di ricerca si è indirizzata prevalentemente alla applicazione delle tecniche di spettroscopia lineare e non lineare nello studio di proprietà intrinseche di sistemi cristallini (come risonanze eccitoniche, transizioni banda-banda, simmetria delle bande) e nell'analisi di difetti puntiformi ( come ioni impurezze, centri di colore) introdotti in matrici cristalline quali quelle degli alogenuri alcalini, dei floruri e delle fluoroperovskiti, come in matrici vetrose, in viste di possibili applicazioni tecnologiche. Questi diversi temi di ricerca possono essere raggruppati nel modo seguente: 1. Spettroscopia non lineare nei centri di colore 2. Spettroscopia multifotonica in cristalli isolanti puri e drogati 3. Impurezze Jahn-Teller in alogenuri alcalini 4. Spettroscopia ottica lineare e non-lineare in ioni di terre rare in cristalli e vetri Lo sviluppo delle tecniche non lineari di indagine spettroscopica è andato di pari passo con la messa a punto di sorgenti laser sempre più versatili e capaci ormai di coprire quasi con continuità l'intervallo energetico di interesse nella spettroscopia dello stato solido. In particolare, la spettroscopia a due fotoni si è rivelata un potente strumento di ricerca nel campo degli stati legati, che introducono righe strette o bande di assorbimento all'interno della gap proibita di un isolante o di un semiconduttore. Una volta accettato il livello maggiore di difficoltà intrinseco alle tecniche multifotoniche, se ne possono apprezzare alcuni dei vantaggi: non è più necessario, come nel caso lineare, lavorare, nello studio delle costanti ottiche, con film sottili o evaporazioni, considerata la piccola percentuale di fotoni del fascio incidente assorbita dal mezzo in esame; si possono raggiungere con due fotoni stati proibiti, ad un fotone, in approssimazione di dipolo; vengono inoltre introdotte regole di selezione capaci di sondare in modo diretto la simmetria degli stati elettronici coinvolti nelle transizioni osservate. 1. SPETTROSCOPIA NON LINEARE NEI CENTRI DI COLORE In sistemi cristallini fortemente ionici come gli alogenuri alcalini è possibile, mediante varie tecniche, introdurre delle vacanze anioniche il cui eccesso di carica positiva produce, per esempio nel caso più semplice del centro F, l'intrappolamento di un elettrone e la creazione quindi di stati localizzati all'interno della gap proibita del cristallo ospite. La semplicità della matrice cristallina e della struttura elettronica del centro stesso, come anche la possibilità di ottenere, a partire dal centro F e con l'eventuale aggiunta di ioni impurezza, tutta una classe di aggregati via via più complessi con diverse proprietà fisiche, hanno fatto dei centri di colore un argomento di notevole interesse nella fisica dello stato solido, come testimonia la vasta letteratura sull'argomento. Negli ultimi anni, poi, si sono utilizzati con successo alcuni di questi centri come mezzo attivo di sistemi laser per il vicino infrarosso, nella regione tra i 2 e i 3 micron ( laser a centri di colore ). In questa prospettiva si inserisce lo studio delle proprietà ottiche di eccitazione e luminescenza di questi centri, in presenza di fasci laser di pompa di notevole intensità, che ha permesso di ottenere per la prima volta generazione di seconda armonica in una matrice cubica di NaCl colorata additivamente, sfruttando la anisotropia di un sistema di aggregati del centro F, e di trovare nuove bande di emissione eccitate a più fotoni in KCl contenente centri F, M ed R. 2. SPETTROSCOPIA MULTIFOTONICA IN CRISTALLI ISOLANTI PURI E DROGATI Nello studio delle transizioni banda-banda a due fotoni si può ricorrere a due tecniche di misura diverse: a) studiare la luminescenza di ricombinazione successiva al processo di assorbimento non lineare; b) rivelare l'assorbimento di una sorgente di debole intensità in presenza di una sorgente intensa quale un laser. Il primo caso si impone qualora si utilizzino due fotoni uguali forniti dallo stesso laser. Infatti per ottenere coefficienti di assorbimento di centesimi di cm – 1 occorrono densità di fotoni tali da rendere impossibile la misura diretta dell'attenuazione del fascio laser. Utilizzando un apparato di rivelazione di tipo a conteggio di singolo fotone si sono studiate le transizioni indirette banda-banda a due fotoni in AgCl. Il valore assoluto cosi misurato della sezione d'urto ha permesso di attribuire queste transizioni ad un processo del terzo ordine, ovvero di tipo indiretto, coinvolgente due fotoni ed un fonone, tra il punto L ed il punto Σ della zona di Brillouin. La stessa tecnica, per la cui realizzazione è stato messo a punto un sistema completo per misure di eccitazione e luminescenza a due fotoni presso il Laboratorio dell'Istituto di Fisica "G. Marconi" di Roma, successivamente ricostruito ed ampliato presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma "Tor Vergata", è stata con successo impiegata per lo studio delle proprietà intrinseche e la caratterizzazione di monocristalli di germanato di bismuto (BGO), di notevole interesse per l'utilizzo nel campo dei rivelatori di particelle. La seconda tecnica è quella che meglio si presta allo studio delle serie eccitoniche, in particolare in matrici centrosimmetriche dove la parità è un buon numero quantico. L'approfondimento di questa tecnica è stato portato avanti presso l'Università di Dortmund, dove sono state effettuate misure di assorbimento a due fotoni in monocristalli di GeO2 , in corrispondenza della transizione eccitonica diretta 1S, proibita ad un fotone in approssimazione di dipolo. Lo studio della dipendenza del coefficiente di assorbimento non lineare dalla polarizzazione dei due fotoni incidenti ha permesso di assegnare univocamente la simmetria Γ3+ al massimo della banda di valenza. Si è inoltre messa in luce la possibilità di analizzare, tramite l'assorbimento a due fotoni, la forma e la larghezza della riga eccitonica, collegata all'accoppiamento elettrone-reticolo, con una risoluzione ed una affidabilità superiori a quelle ottenibili in misure di trasmissione convenzionali. L'estensione delle misure di assorbimento a due fotoni in cristalli isolanti a larga gap è stata effettuata utilizzando per la prima volta, come sorgente "debole" accordabile nell'ultravioletto da vuoto, la luce di sincrotrone presso i Laboratori Nazionali di Frascati, PULS, accoppiata ad una sorgente laser intensa. Con l'apparato cosi messo a punto, si sono ottenute misure dirette della energia di gap e delle posizioni energetiche di nuove risonanze eccitoniche, in cristalli spessi di NaCl e KCl. 3. IMPUREZZE JAHN-TELLER IN ALOGENURI ALCALINI Le tecniche non lineari utilizzate nello studio dei centri di colore sono state da noi estese a sistemi di tipo Tl+ in alogenuri alcalini. Questi sistemi sono oggetto da molti anni di un notevole interesse sia teorico che sperimentale, in quanto rappresentano un caso modello dell'effetto Jahn-Teller, nel cui schema si possono interpretare le loro proprietà ottiche di assorbimento ed emissione. Oltre alle tre bande di assorbimento note di questi ioni impurezza, denominate in ordine di energia crescente bande A, B e C, esiste un ulteriore livello elettronico di energia leggermente inferiore a quella della banda A, non accessibile ad un fotone. Attraverso lo studio della luminescenza eccitata a due fotoni su di uno spettro continuo di diverse decine di nanometri, si è potuta mettere in luce una nuova banda di assorbimento nel KBr:In+, da noi attribuita alla transizione proibita 1A1g ----- 3A1u. Una misura del valore assoluto della sezione d'urto a due fotoni in KBr:In+ e NaBr:Tl+ indica che il processo di assorbimento non lineare è di tipo indiretto, assistito da fononi. La dipendenza del segnale di luminescenza dalla polarizzazione del fascio incidente ha fornito per entrambi i sistemi indicazioni sulla simmetria degli stati coinvolti. Lo studio sistematico delle transizioni a due fotoni a stati eccitati ad energie superiori a quelle della banda C, è stato portato avanti nel caso dello ione Ag - in RbBr ed in RbCl e KCl, fornendo un set di dati sperimentali sulla posizione e la simmetria dei livelli elettronici pari eccitati dello ione, non altrimenti ottenibili con le usuali tecniche spettroscopiche. 4. SPETTROSCOPIA OTTICA LINEARE E NON-LINEARE IN IONI DI TERRE RARE IN CRISTALLI E VETRI Ioni di terre rare incorporati in cristalli isolanti ed in vetri sono stati ampiamente studiati negli ultimi anni in vista delle loro applicazioni nel campo dei laser a stato solido accordabili in lunghezza d'onda dal vicino infrarosso al vicino ultravioletto, come anche dei dispositivi ottici integrati, dei dosimetri e degli scintillatori. In vista della caratterizzazione ottica di questi sistemi, si sono studiate le loro proprietà ottiche con l'utilizzo di svariate tecniche: assorbimento ad uno e due fotoni, luminescenza e tempi di vita con risoluzioni dal nanosecondo al millisecondo, assorbimento dagli stati eccitati, trasferimento di energia tra ioni diversi di sistemi co-drogati. Misure di eccitazione a due fotoni di elevata risoluzione spettrale, sono state condotte sullo ione Eu 2+ in diverse matrici di alogenuri alcalini e nella matrice della fluoroperovskite KMgF3. Le transizioni a due fotoni sono state indotte a partire dallo stato fondamentale 8S7/2 dello ione Eu2+ verso i multipletti 6PJ, 6IJ e 6DJ della medesima configurazione elettronica 4f7. Nello stesso ione, le transizioni permesse ad un fotone raggiungono lo stato eccitato 4f65d, con bande di assorbimento larghe e strutturate, sovrapposte in energia a tutti o parte dei multipletti della configurazione 4f7. La possibilità di effettuare della spettroscopia laser ad alta risoluzione nel vicino ultravioletto, utilizzando una sorgente laser nel visibile, è stata pienamente sfruttata per lo ione Eu2+, dove si sono misurate larghezze di riga di qualche decimo di cm – 1 e la struttura Stark dei multipletti è stata completamente risolta, evidenziando la presenza di perturbazioni non cubiche al sito dell'impurezza. La forma di riga e la posizione energetica delle diverse componenti dei multipletti sono state studiate al variare della temperatura ottenendo informazioni sull'accoppiamento degli orbitali f dello ione con i modi vibrazionali del reticolo ospite. Oltre alla spettroscopia non lineare, sono state impiegate tecniche di assorbimento e fotoluminescenza con sorgenti nell'ultravioletto da vuoto, in particolare costruendo presso il Dip. di Fisica di Tor Vergata uno spettrofotometro da vuoto per energie fino a 7.75 eV. Tutte queste tecniche spettroscopiche hanno trovato impiego nella caratterizzazione ottica dello ione Ce3+ in KMgF3. Il Ce3+ rappresenta tra le terre rare un caso interessante possedendo un solo elettrone f e mostrando in tutte le matrici cristalline fin qui studiate una banda di luminescenza piuttosto larga nell'ultravioletto vicino. L'attività attuale di ricerca si svolge presso il Laboratorio di Spettroscopia Ottica del Dipartimento di Fisica, Università di Roma - Tor Vergata, di cui è responsabile, sui seguenti temi:. - Lo studio spettroscopico degli ossidi nanocristallini YAlO3 (YAP) e Y3Al5O12 (YAG) attivati con ioni Er3+ in diverse concentrazioni. I campioni sono stati preparati presso il Dipartimento di Chimica dell’Università di Verona mediante propellant synthesis e la loro analisi strutturale ha mostrato la formazione di nanocristalli con dimensioni di alcune decine di nanometri. Le indagini spettroscopiche sui sistemi nanocristallini del granato YAG hanno messo in luce la copresenza della fase YAP come sottoprodotto del processo di sintesi. In vista di uno studio approfondito delle dinamiche di up-conversion in questi sistemi, la fase YAG è stata abbandonata poichè l'efficienza di up-conversion dell'erbio nella matrice YAP è risultata di molto superiore a quella nello YAG. Lo ione trivalente di erbio, grazie alla sua ricchezza di livelli energetici, una volta introdotto in matrici cristalline diventa un ottimo attivatore ottico, che può emettere nell'ultravioletto, nel visibile e nell'infrarosso, a seconda delle condizioni di eccitazione, della sua concentrazione, come anche delle proprietà strutturali e fisiche della matrice ospite. Gli spettri di up-conversion per la matrice YAP sono stati ottenuti sotto eccitazione laser in continua a 980 nm, a temperatura ambiente. Le transizioni osservate nel visibile connettono stati eccitati dello ione erbio con il suo livello fondamentale 4I15/2 : la intensa emissione nel verde ( tra 520 e 560 nm) origina dai livelli eccitati 2H11/2 and 4S3/2 mentre l'emissione nel rosso a 660 nm è la transizione dal livello eccitato 4F9/2 . Si è misurata anche la emissione infrarossa a 1.5 micron nei vari campioni sintetizzati. Si è mostrato sperimentalmente che gli ioni di erbio si collocano all'interno dei nanocristalli in siti regolari sostituzionali dell'ittrio, caratterizzati da campi locali e simmetria uguali a quella del cristallo massivo. Da un punto di vista spettroscopico quindi la qualità dei singoli nanocristalli appare molto buona, non essendosi rilevate ne strutture spurie negli spettri ne allargamenti inomogenei di riga significativi, quali potrebbero derivare da distorsioni locali e siti di superficie. Una analisi delle forme di righe in funzione della temperatura, da confrontare con misure analoghe in un campione massivo di YAP drogato con erbio al 1%, è stata effettuata e ha confermato i risultati precedenti. L'intensità relativa delle emissioni verde, rossa e infrarossa mostrano una dipendenza non lineare dalla concentrazione di erbio e lo studio dei decadimenti temporali delle diverse transizioni, ha mostrato come per tutte le concentrazioni ottenute il pompaggio a 980 nm produce una dinamica complessa degli stati eccitati, alla quale contribuiscono sia processi di assorbimento dallo stato eccitato (ESA) che processi di traferimento di energia tra ioni di erbio contigui (ETU). Il quadro delle dinamiche di up-conversion che si ottiene è piuttosto complesso e numerosi livelli sono coinvolti simultaneamente nei vari passaggi di trasferimento di energia. Le condizioni di pompaggio, insieme alla concentrazione degli ioni di erbio giocano un ruolo importante, mostrando come la progettazione di sistemi che sfruttino le proprietà ottiche di questi sistemi deve tenere conto di numerosi parametri. La fase attuale di indagine è rivolta da un lato alla formulazione di un modello capace di descrivere le dinamiche osservate, basato fondamentalmente su un sistema di rate equations con ipotesi ragionevoli sui microparametri che governano il trasferimento di energia tra ioni contigui, e dall'altro alla possibilità, di rilevanza applicativa, di inserire questi nanocristalli in matrici sol-gel. - In collaborazione con il Dipartimento di Chimica dell’Università di Venezia, si sono effettuate le misure di caratterizzazione ottica nell'infrarosso e nel visibile di campioni di vetroceramiche LitiaSilicaAllumina drogate con erbio, Zirconia e Silica drogate con erbio, tese ad individuare la nucleazione di nanocristalli di silica e zirconia all'interno della matrice amorfa ed il relativo comportamento dello ione erbio all'interno della struttura nanocristallina. Queste misure si affiancano a quelle di tipo strutturale effettuate dall'Unità di Venezia e forniscono informazioni complementari, a energie dei fotoni di sonda dell'ordine dell'elettronVolt. Questi sistemi sono di particolare interesse nella ricerca di materiali che possano dar luogo alla creazione di soluzioni solide di nanocristalli luminescenti autonucleantesi in matrici vetrose trasparenti. Lo studio spettroscopico è risultato particolarmente efficace nell’individuare il diverso peso delle varie fasi copresenti nel processo di segregazione degli ioni di erbio. VARIE 2000 -> Svolge attività di orientamento con seminari e conferenze presso gli Istituti di Istruzione Superiore di Roma e del Lazio, per il Corso di Laurea in Scienza dei Materiali. 2005 – 2007 E’ coordinatore locale per la Scienza dei Materiali del Progetto Nazionale Lauree Scientifiche con un finanziamento di 65.000 euro. 2008 - 2010 E’ coordinatore locale per la Scienza dei Materiali della seconda fase del Progetto Nazionale Lauree Scientifiche con un finanziamento di 45.000 euro.