Transient Kelvin Probe Measurements on Organic Semiconductor Devices

La tesi si è focalizzata sullo studio del trasporto laterale di portatori di carica all’interno dello strato organico di un condensatore MIS (metallo-isolante- semiconduttore) di dimensioni macroscopiche basato sul semiconduttore polimerico poly(3-hexylthiophene) (P3HT). I campioni sotto analisi sono stati fabbricati dalla candidata su substrati tagliati ad hoc impiegando come tecniche di deposizione lo spin-coating, il CVD e il VTE. Applicando un bias esterno periodico a bassa frequenza ai campioni, è stato possibile monitorare con la sonda Kelvin l’onda di portatori di carica iniettati ed estratti dallo strato organico, esaminando il potenziale del dispositivo a varie distanze dal contatto iniettante le cariche. È stato così possibile osservare che le cariche iniettate penetrano lateralmente nel film organico su distanze dell’ordine dei centimetri. Partendo dalle misure eseguite con la sonda Kelvin, è stato possibile sviluppare un modello per i MIS, che ha permesso di trovare la funzione di risposta dei dispositivi. Combinando quest’ultima con l’espressione per il bias applicato, è stato creato un modello che descrive la risposta del dispositivo. Il modello è stato poi utilizzato per eseguire il fit dei dati sperimentali, permettendo di trovare una stima per il tempo di volo dei portatori di carica, dalla quale è stato possibile ricavare una stima della mobilità per il trasporto laterale del P3HT in buon accordo con la letteratura. Come prodotto secondario, l’analisi ha anche permesso di fornire una stima della concentrazione di drogante all’interno del semiconduttore organico. Parallelamente, la stessa procedura di costruzione dei campioni è stata imp- iegata per creare campioni di OFET, le cui caratteristiche di output e di trasfer- imento sono state misurate con una apposita stazione di misura. L’analisi del secondo tipo di misure ha permesso di arrivare ad una stima indipendente per la mobilità del P3HT utilizzato per i condensatori MIS, che ha confermato le stime ottenute con l’analisi descritta in precedenza. Confrontando le stime ottenute con la letteratura e ulteriori stime indipendenti estratte dalle misure eseguite su OFET di riferimento, è stato possibile determinare che il nuovo metodo sviluppato in questa tesi è un’alternativa affidabile e non invasiva per trovare la mobilità per il trasporto laterale all’interno di un semiconduttore organico in presenza di correnti applicate piccole.ope

Quantum Backaction on kg-Scale Mirrors: Observation of Radiation Pressure Noise in the Advanced Virgo Detector

The quantum radiation pressure and the quantum shot noise in laser-interferometric gravitational wave detectors constitute a macroscopic manifestation of the Heisenberg inequality. If quantum shot noise can be easily observed, the observation of quantum radiation pressure noise has been elusive, so far, due to the technical noise competing with quantum effects. Here, we discuss the evidence of quantum radiation pressure noise in the Advanced Virgo gravitational wave detector. In our experiment, we inject squeezed vacuum states of light into the interferometer in order to manipulate the quantum backaction on the 42 kg mirrors and observe the corresponding quantum noise driven displacement at frequencies between 30 and 70 Hz. The experimental data, obtained in various interferometer configurations, is tested against the Advanced Virgo detector quantum noise model which confirmed the measured magnitude of quantum radiation pressure noise

The population of merging compact binaries inferred using gravitational waves through GWTC-3

We report on the population properties of 76 compact binary mergers detected with gravitational waves below a false alarm rate of 1 per year through GWTC-3. The catalog contains three classes of binary mergers: BBH, BNS, and NSBH mergers. We infer the BNS merger rate to be between 10 $\rm{Gpc^{-3} yr^{-1}}$ and 1700 $\rm{Gpc^{-3} yr^{-1}}$ and the NSBH merger rate to be between 7.8 $\rm{Gpc^{-3}\, yr^{-1}}$ and 140 $\rm{Gpc^{-3} yr^{-1}}$ , assuming a constant rate density versus comoving volume and taking the union of 90% credible intervals for methods used in this work. Accounting for the BBH merger rate to evolve with redshift, we find the BBH merger rate to be between 17.9 $\rm{Gpc^{-3}\, yr^{-1}}$ and 44 $\rm{Gpc^{-3}\, yr^{-1}}$ at a fiducial redshift (z=0.2). We obtain a broad neutron star mass distribution extending from $1.2^{+0.1}_{-0.2} M_\odot$ to $2.0^{+0.3}_{-0.3} M_\odot$. We can confidently identify a rapid decrease in merger rate versus component mass between neutron star-like masses and black-hole-like masses, but there is no evidence that the merger rate increases again before 10 $M_\odot$. We also find the BBH mass distribution has localized over- and under-densities relative to a power law distribution. While we continue to find the mass distribution of a binary's more massive component strongly decreases as a function of primary mass, we observe no evidence of a strongly suppressed merger rate above $\sim 60 M_\odot$. The rate of BBH mergers is observed to increase with redshift at a rate proportional to $(1+z)^{\kappa}$ with $\kappa = 2.9^{+1.7}_{-1.8}$ for $z\lesssim 1$. Observed black hole spins are small, with half of spin magnitudes below $\chi_i \simeq 0.25$. We observe evidence of negative aligned spins in the population, and an increase in spin magnitude for systems with more unequal mass ratio

Space and Time Clustering of High-Energy Photons detected by the Fermi LAT

Studio dei fotoni ad alta energia provenienti da sorgenti astronomiche, in particolare da AGN di tipo blazar, sia spazialmente che temporalmente, e approfondimento su una delle sorgenti trovate

Transient Kelvin Probe Measurements on Organic Semiconductor Devices

La tesi si è focalizzata sullo studio del trasporto laterale di portatori di carica all’interno dello strato organico di un condensatore MIS (metallo-isolante- semiconduttore) di dimensioni macroscopiche basato sul semiconduttore polimerico poly(3-hexylthiophene) (P3HT). I campioni sotto analisi sono stati fabbricati dalla candidata su substrati tagliati ad hoc impiegando come tecniche di deposizione lo spin-coating, il CVD e il VTE. Applicando un bias esterno periodico a bassa frequenza ai campioni, è stato possibile monitorare con la sonda Kelvin l’onda di portatori di carica iniettati ed estratti dallo strato organico, esaminando il potenziale del dispositivo a varie distanze dal contatto iniettante le cariche. È stato così possibile osservare che le cariche iniettate penetrano lateralmente nel film organico su distanze dell’ordine dei centimetri. Partendo dalle misure eseguite con la sonda Kelvin, è stato possibile sviluppare un modello per i MIS, che ha permesso di trovare la funzione di risposta dei dispositivi. Combinando quest’ultima con l’espressione per il bias applicato, è stato creato un modello che descrive la risposta del dispositivo. Il modello è stato poi utilizzato per eseguire il fit dei dati sperimentali, permettendo di trovare una stima per il tempo di volo dei portatori di carica, dalla quale è stato possibile ricavare una stima della mobilità per il trasporto laterale del P3HT in buon accordo con la letteratura. Come prodotto secondario, l’analisi ha anche permesso di fornire una stima della concentrazione di drogante all’interno del semiconduttore organico. Parallelamente, la stessa procedura di costruzione dei campioni è stata imp- iegata per creare campioni di OFET, le cui caratteristiche di output e di trasfer- imento sono state misurate con una apposita stazione di misura. L’analisi del secondo tipo di misure ha permesso di arrivare ad una stima indipendente per la mobilità del P3HT utilizzato per i condensatori MIS, che ha confermato le stime ottenute con l’analisi descritta in precedenza. Confrontando le stime ottenute con la letteratura e ulteriori stime indipendenti estratte dalle misure eseguite su OFET di riferimento, è stato possibile determinare che il nuovo metodo sviluppato in questa tesi è un’alternativa affidabile e non invasiva per trovare la mobilità per il trasporto laterale all’interno di un semiconduttore organico in presenza di correnti applicate piccole

In situ laser annealing as pathway for the metal free synthesis of tailored nanographenes

Tailored synthesis of nanographenes, and especially graphene nanoribbons (GNR), has been achieved on metal substrates via a bottom-up approach from organic precursors, which paves the way to their application in nanoelectronics and optoelectronics. Since quantum confinement in nanographenes leads to the creation of peculiar band structures, strongly influenced by their topological characteristics, it is important to be able to exactly engineer them in order to precisely tune their electronic, optical and magnetic properties. However practical application of these materials requires post-synthesis transfer to insulating substrates. Recently, cyclodehydrofluorination of fluorinated organic precursors has been shown to be a promising pathway to achieve metal-free bottom-up synthesis of nanographenes. Here we present how to apply in situ laser annealing to induce cyclodehydrofluorination leading to nanographene formation directly on non-metallic surfaces. In this work, we analyze the changes in the Raman fingerprint of the fluorinated precursor tetrafluoro-diphenyl-quinquephenyl (TDQ) during the laser annealing process in high vacuum (HV), demonstrating that both heating and photo-induced processes influence the cyclization process. Hence, in situ laser annealing allows not only to influence chemical reactions, but also to have a fast and contact-free monitoring of the reaction products. Optimization of the laser annealing process adds a new level of control in the tailored synthesis of nanographenes on non-metallic substrates. This is a very promising pathway to unravel the full application potential of nanographenes in general and GNR in particular, enabling a fast optimization of precursor molecules and substrate geometry engineered for specific applications

Interplay between magnetic order and electronic band structure in ultrathin GdGe2 metalloxene films

: Dimensionality can strongly influence the magnetic structure of solid systems. Here, we predict theoretically and confirm experimentally that the antiferromagnetic (AFM) ground state of bulk gadolinium germanide metalloxene, which has a quasi-layered defective GdGe2 structure, is preserved in the ultrathin film limit. Ab initio calculations demonstrate that ultrathin GdGe2 films present in-plane intra-layer ferromagnetic coupling and AFM inter-layer coupling in the ground state. Angle-resolved photoemission spectroscopy finds the AFM-induced band splitting expected for the 2 and 3 GdGe2 trilayer (TL) films, which disappear above the Néel temperature. The comparative analysis of isostructural ultrathin DyGe2 and GdSi2 films confirms the magnetic origin of the observed band splitting. These findings are in contrast with the recent report of ferromagnetism in ultrathin metalloxene films, which we ascribe to the presence of uncompensated magnetic moments

Degradation and Self-Healing of FAPbBr3 Perovskite under Soft-X-Ray Irradiation

The extensive use of perovskites as light absorbers calls for a deeper understanding of the interaction of these materials with light. Here, the evolution of the chemical and optoelectronic properties of formamidinium lead tri-bromide (FAPbBr(3)) films is tracked under the soft X-ray beam of a high-brilliance synchrotron source by photoemission spectroscopy and micro-photoluminescence. Two contrasting processes are at play during the irradiation. The degradation of the material manifests with the formation of Pb-0 metallic clusters, loss of gaseous Br-2, decrease and shift of the photoluminescence emission. The recovery of the photoluminescence signal for prolonged beam exposure times is ascribed to self-healing of FAPbBr(3), thanks to the re-oxidation of Pb-0 and migration of FA(+) and Br- ions. This scenario is validated on FAPbBr(3) films treated by Ar+ ion sputtering. The degradation/self-healing effect, which is previously reported for irradiation up to the ultraviolet regime, has the potential of extending the lifetime of X-ray detectors based on perovskites