Di Dianne Hermance Aggiornato il 30 agosto 2022
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L'attrezzatura di base del laboratorio di fisica comprende cappe chimiche, scrivanie, tavoli, panche e linee di gas, acqua e vuoto. L'equipaggiamento di sicurezza (guanti, occhiali e postazioni per il lavaggio degli occhi) garantisce un funzionamento sicuro.
I laboratori di fisica utilizzano una varietà di analizzatori per caratterizzare i campioni:analizzatori di impedenza, analizzatori di particelle, analizzatori ottici multicanale, analizzatori di parametri di semiconduttori, analizzatori di spettro, analizzatori di tensione capacitiva (CV) e diffrattometri a raggi X per la caratterizzazione dei materiali cristallini e l'identificazione di fase.
Le configurazioni di fisica atomica includono strumenti specializzati come stadi di spettroscopia di assorbimento di saturazione, impianti di pompaggio ottico a radiofrequenza e sistemi di risonanza magnetica nucleare pulsata (NMR).
L’analisi e la simulazione dei dati sono fondamentali per la ricerca fisica moderna. I pacchetti software comuni includono MATLAB, Python, IDL, Mathematica, Fiji, Origin e LabVIEW. Gli strumenti quantitativi di analisi dei dati e delle immagini hanno un valore inestimabile. Oltre ai PC, le stampanti 3D, gli Arduino e le piattaforme Raspberry Pi espandono le capacità sperimentali.
La strumentazione elettrica comprende analizzatori CV, trasformatori variabili (variac), amplificatori lock-in e attuatori piezoelettrici. I dispositivi ad alta tensione spesso richiedono guanti isolanti per proteggere gli operatori.
Gli studi termici richiedono fonti di calore affidabili. Semplici piastre riscaldanti e forni elettrici sono standard, mentre i forni a gas e i forni a vuoto forniscono rispettivamente temperature più elevate e essiccazione dei reagenti. Guanti e pinze isolanti adeguati sono obbligatori per la sicurezza.
I sistemi laser sono fondamentali negli esperimenti di ottica. Sono comuni i laser elio-neon (HeNe), i laser accoppiati a fibra, i laser a diodi accordabili, gli etalon e i dispositivi di orientamento del raggio. Tutti i lavori con il laser richiedono occhiali di sicurezza adeguati.
Per la preparazione e l'analisi dei campioni vengono utilizzati mortai, pestelli, lucidatori, mulini micronizzatori, sonicatori, ultracentrifughe, tester nanomeccanici e presse idrauliche con stampi in acciaio inossidabile per la fabbricazione di pellet.
Una misurazione accurata è alla base di tutti gli esperimenti. Oltre ai misuratori di base, i laboratori utilizzano termometri, misuratori elettrici, bilance elettroniche, profilometri a stilo, ellissometri, sistemi di magnetostrizione e bilance analitiche per studi sullo stato solido.
La microscopia e i dispositivi di imaging variano in base alla disciplina. I laboratori di biofisica possono utilizzare microscopi a fluorescenza e a campo chiaro, mentre la scienza dei materiali si affida a microscopi elettronici a scansione, microscopi a fluorescenza a foglio luminoso, microscopi olografici digitali e lenti sintonizzabili elettricamente. Anche le fotocamere CMOS ad alta velocità e le fotocamere digitali sono standard.
In biofisica, le pinzette ottiche manipolano le singole molecole di DNA e misurano le forze bimolecolari.
La ricerca sulla dinamica ionica utilizza sonde Langmuir ed emissive, pulitori al plasma, unità di confinamento del plasma a bassa temperatura, griglie di lancio delle onde e camere di impianto ionico con sorgente di plasma (PSII), che possono prolungare la durata dei prodotti.
I laboratori di semiconduttori utilizzano sistemi di spettroscopia transitoria di livello profondo, coni CLEO per il raffreddamento e il supporto dei rilevatori al silicio, stazioni di sonde a microonde, fotodiodi e amplificatori ottici.
Gli strumenti per l'elaborazione di film sottili includono sistemi di sputtering a doppio fascio ionico, dispositivi Filmetrics e spettrometri di massa di ioni secondari (SIMS). Il SIMS può determinare la composizione isotopica con una precisione fino a 100 parti per milione.
