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Analytical evaluation of threshold between string and zig-zag in a crystalline ion beam
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Deflessione di particelle negative relativistiche mediante channeling e fenomeni correlati in cristalli deformati.
No full textLa possibilità di manipolare le traiettorie di fasci di particelle cariche, sfruttando l'interazione coerente fra le particelle e un cristallo incurvato, ha suscitato notevole interesse nella comunità dei fisici delle alte energie e dei fisici degli acceleratori. Il fenomeno del channeling e il recentemente scoperto effetto della riflessione di volume si sono dimostrate tecniche molto promettenti in tal senso.
Un fascio di particelle cariche, in prossimità di una struttura cristallina ordinata, subisce l'influenza del forte campo elettrico prodotto dagli atomi e può verificarsi il confinamento della traiettoria, parallelamente ai piani o agli assi cristallini, che diventano percorsi privilegiati all'interno del cristallo. Incurvando il cristallo, anche questi percorsi preferenziali si incurvano e le particelle del fascio vengono guidate dal cristallo.
Riguardo le particelle cariche positivamente, in questi ultimi anni si è verificato un significativo progresso per la loro deflessione, sospinti dalla scoperta di nuovi fenomeni e, soprattutto, dall'avvento di nuove tecniche di produzione dei cristalli.
È stata dimostrata la possibilità di ottenere e riprodurre la deflessione di fasci di protoni tramite channeling e riflessione di volume, con un'efficienza, rispettivamente, dell'80% e del 97.5%, a fronte di un'unica interazione con il cristallo. In forza a tali risultati, la tecnologia di realizzazione dei cristalli è stata considerata sufficientemente evoluta per guidare un esperimento pilota per la collimazione di fascio, che sarà condotto nel 2009 nell'SPS al CERN.
Per contro, molto poco è noto riguardo alla deflessione di particelle cariche negative, anche se la possibilità di manipolare tali fasci tramite un'interazione coerente con un cristallo porterebbe a molte e interessanti opportunità. Ad esempio potrebbe essere un'elegante soluzione al problema della collimazione dell'alone di fascio negli acceleratori lineari per elettroni ad alta intensità di nuova generazione, oppure potrebbe servire per pilotare fasci di antiprotoni, per esempio estraendone una frazione modulabile da un sincrotrone con una perturbazione minimale al fascio primario, o infine potrebbe rivelarsi la base per costruire ondulatori per elettroni, stimolando l'emissione coerente di raggi x, come avviene in un laser ad elettroni liberi, ma con il vantaggio di avere un periodo di oscillazione più piccolo e una più facile costruzione.
Nella modalità di incanalamento planare, le particelle negative oscillano intersecando continuamente i nuclei del cristallo e per questo subiscono l'uscita dal regime di moto confinato nel cristallo circa dieci volte più intensamente rispetto al caso delle particelle positive. Studi teorici hanno altresì individuato il regime di channeling assiale come la miglior condizione per le particelle negative, poiché in questo caso il moto elicoidale delle particelle nel potenziale dei filari atomici paralleli evita l'interazione a basso parametro d'impatto con i nuclei. Nonostante ciò, le condizioni sperimentali per ottenere un'alta efficienza con l'incanalamento assiale, e fra queste la progettazione di cristalli adatti allo scopo, sono state raggiunte solo molto recentemente come risultato di un precedente progetto PRIN (MIUR 2006028442).
Il presente progetto mira allo studio, alla realizzazione e alla sperimentazione di cristalli atti a manipolare fasci di particelle cariche negative in un ampio intervallo di energia, da 1 a 200 GeV.
Le conoscenze pregresse riguardo l'incanalamento di particelle negative saranno sfruttate per la progettazione dei cristalli, asservendosi anche di simulazioni, la cui affidabilità è stata già ampiamente dimostrata negli esperimenti con particelle positive.
I cristalli verranno realizzati inizialmente a partire dal tradizionalmente impiegato silicio, presso le strutture di microlavorazione disponibili nelle sedi dei proponenti. Si procederà inoltre allo studio di materiali innovativi (per il channeling) come il germanio o il niobato di litio. Il germanio possiede numero atomico più alto del silicio, unitamente ad una sufficiente purezza cristallina. Benché nel passato alcuni tentativi siano già stati effettuati, manca ancora uno sviluppo appropriato dei processi necessari per ottenere un channeling efficiente. Anche il niobato di litio offre una struttura molto regolare e può diventare il prototipo di un cristallo multi funzionale, incorporando sia la deflessione mediante channeling che la possibilità di variarne la curvatura mediante effetto piezoelettrico.
Particolare enfasi verrà posta alla caratterizzazione dei cristalli: l'esperienza pregressa ha mostrato la necessità di un tale approccio per la realizzazione di cristalli efficienti.
L'ultimo passo sarà lo studio dell'interazione fra i cristalli ottenuti e fasci di particelle negative ad alta energia nelle linee esterne dell'SPS, presso il CERN, una struttura nella quale i membri di questo progetto sono utenti da lungo tempo
Caratterizzazione morfologica, strutturale ed elettrica dei materiali ECS
No full textObiettivo del progetto: indagare la possibilità di utilizzare le polveri ECS come materiale funzionale alla realizzazione di film sensibili e conseguentemente, attraverso una caratterizzazione elettrica, studiare l’eventuale impiego di questi materiali in ambito sensoristico
Polarized Electron Sources
No full textWe review current methods for production of polarized electron beams. Major focus is devoted to photoemission from GaAs, which is the way that current facilities rely on. Some aspects of this kind of technology such as the physics behind generation of polarized beams and its advantages and limitations are considered. Finally, the perspectives for implementation of a GaAs photocathode in a RF gun are discussed
Studio di sensori con spiccata sensibilità a specifiche sostanze
No full textSintesi di polveri nanostrutturate di ossidi metallici semiconduttori per la realizzazione di sensori per gas attraverso tecnologia a film spesso. Caratterizzazione elettrica dei dispositivi
Riproduzione a film spesso di sensori a base di ossido di molibdeno
No full textSintesi di polveri nanostrutturate di ossido di molibdeno, produzione di paste serigrafiche e deposizione per mezzo di tecnologia a film spesso
COHERENT-INFN
No full textAim of the experiment was the study of novel materials and schemes to improve the technology of crystal fabrication for manipulation of charged high-energy particle beams. On-beam experiment at the external lines of the SPS was an ideal test-bench to validate the innovations in crystal fabrication and a route to discover new effects with crystals. New schemes to improve further the fabrication process of the crystals has been experimented resulting in newly achieved crystals. Such crystals offer unprecedented deflection efficiency than previously used samples and would allow the discovery of new effects for manipulation of high energy charged particle beams
Classical and semiclassical approaches for determination of the intergranular energy barrier height in metal-oxide nanograins
No full textSince pioneering modeling by Schottky and Bardeen, a deep insight into the comprehension of the nature of a semiconductor-metal junction has been addressed. Such knowledge is the base of the working mechanism of gas sensing via chemo-resistive metal oxides. The advent of nanostructures has pursued this study still further due to significant change in the surface parameters with respect to their coarser-grained counterparts. The height of the inter-grain energy barrier plays key role in the determination of the conductive properties of semiconducting nanograins. We firstly approached the calculation of the inter-grain energy barrier for a nano-structured semiconductor under pure classical conditions. A model for Schottky contacts to be applied to nanosized polycrystalline n-type semiconductors was developed. To this purpose we determined the density of surface states as a function of the mean grain radius, which establishes the Schottky barrier height. The intergranular potential shape was investigated in depletion approximation under spherical geometry with a critical revision of the condition for which such an approximation is valid. It was demonstrated that for very small grains the depletion approximation cannot be applied, and Poisson equation must be solved with the complete expression for the charge density. Here some effects due to low-grain dimensionality come out, such as the effect of band flattening. With the depletion length of the order of the grain size, a significant role in a sensor’s response owes to the effect of Fermi level pinning, which removes the linear relationship between the work function and the Schottky barrier. We discuss the conditions under which pinning plays a role or it does not. Indeed, as the grain size becomes sufficiently small, quantum effects start playing non-negligible role. Quantum effects are hard to be taken into account mostly for the difficulty in applying ab initio approaches to such a multi-particle system as a nanograin. In the limit of ultra-fine nanograins (of the order of 1 nm), quantum effects start being relevant in the determination of the properties. We propose a model working within a range of grain size that cannot be treated in a purely classical way, i.e., on the border region where quantum confinement starts being effective. We approached the problem in a semi-classical method through the Thomas-Fermi equation. In particular we calculate the inter-granular energy barrier in metal-oxide chemoresistive materials and compared theoretical expectations to experimental results. A comparison between models and experimental evidences is given and future possibilities for modeling of very- and ultra-fine grains are highlighted
New Trends for Manipulation of Charged Particle Beam via Coherent Interactions in Crystals
No full textCUTE (UE-Marie Curie Actions-IRSES)
No full textThe main goal of the CUTE project is to facilitate the collaborative research towards theory, design, manufacture and experimental tests of high-quality periodically bent crystalline structures as well as theoretical and experimental studies of the radiation formed in crystalline undulators (CU). Strong electrostatic fields inside a crystal are able to steer the particles much more effectively than even the most advanced superconductive magnets. Hence, a crystal with periodically bent crystallographic planes forces particles to move along nearly sinusoidal trajectories and radiate electromagnetic waves in hard X ray and gamma ray frequency rang
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