Modi acustici di cristalli fononici a simmetria esagonale

The goals reached in scientific-technical field have allowed the production and deposition of nanostructured films with very interesting characteristics. Extreme variety of morphologies and properties imposes the need for using appropriate tools for characterization. Particularly, the methods based on vibrational excitations, such as Brillouin spectroscopy, are a good means for the characterization of the elastic properties. The titanium dioxide, TiO2, is a very versatile material, useful to many applications; some of these can take advantage by the characteristics of a nanostructured film. Preliminary experimental results, obtained on columnar nanostructures, indicate that the Brillouin spectra are very sensitive to small differences in the nanostructure. However, the interpretation of the results requires the use of appropriate modeling. The aim of this thesis is, therefore, the modeling of the vibrational modes of columnar nanostructured materials. The approach that has proven most viable is the description in terms of phononic crystals, analized by the finite element technique; this thesis is probably the first attempt on this direction. The results are promising, but because of the complexity of the vibrational modes in nanostructured films and the difficulties encountered in the construction of the model, the analysis presented here is far to be complete and shows a way for further studies.

I traguardi raggiunti in campo tecnico-scientifico hanno permesso la produzione e deposizione di film nanostrutturati dalle caratteristiche di primario interesse. L'estrema varietà di morfologie e di proprietà impone la necessità di poter ricorrere a strumenti di caratterizzazione adeguati. In particolare i metodi basati sulle eccitazioni vibrazionali, come la spettroscopia Brillouin, sono un buon mezzo per la caratterizzazione delle proprietà elastiche. Il biossido di titanio, TiO2, è un materiale, particolarmente versatile, che si presta a molteplici impieghi; alcuni di questi possono trarre vantaggio dalle peculiarità di un film nanostrutturato. Risultati sperimentali preliminari ottenuti su nanostrutture colonnari indicano che gli spettri Brillouin sono particolarmente sensibili a piccole differenze della nanostruttura. Tuttavia l'interpretazione dei risultati richiede l'ausilio di un'adeguata modellazione. Obiettivo di questa tesi è quindi la modellazione dei modi vibrazionali di materiali nanostrutturati colonnari. L'approccio che si è dimostrato più praticabile è la schematizzazione in termini di cristallo fononico, analizzato mediante la tecnica degli elementi finiti; la presente tesi è probabilmente il primo tentativo in questa direzione. I risultati ottenuti sono promettenti ma, data la complessità dei modi vibrazionali nei film nanostrutturati, e le difficoltà riscontrate nella costruzione del modello, l'analisi qui presentata è lungi dall'essere esaustiva e apre la strada ad ulteriori approfondimenti.