Obiettivi formativi
Obiettivo del corso é quello di fornire una visione di insieme della Fisica della Materia, con particolare attenzione ai sistemi cristallini, analizzando le proprietà strutturali e termiche dei solidi, i loro stati elettronici ed i principali effetti legati alle interazioni elettrone-elettrone: magnetismo e superconduttività.
Prerequisiti
Meccanica statistica
Meccanica quantistica
Fisica atomica e molecolare
Contenuti dell'insegnamento
- Strutture Cristalline e forze interatomiche
- Dinamica atomica nei cristalli e proprietà termiche
- Stati elettronici nei solidi
- Semiconduttori
- Metalli
- Isolanti
- Interfacce e sistemi a bassa dimensionalità
- Magnetismo nei solidi
- Superconduttività
Programma esteso
Strutture Cristalline e forze interatomiche.
Strutture atomiche periodiche, classificazione dei reticoli cristallini, tecniche di diffrazione per la cristallografia: raggi X, elettroni, neutroni, condizioni di Bragg ed equazioni di Laue, reticolo reciproco e zone di Brillouin, classificazione dei reticoli di Bravais, forze di Van der Waals, legame ionico, legame covalente, legame metallico, legame idrogeno, costanti elastiche.
Dinamica atomica nei cristalli e proprietà termiche.
Vibrazioni reticolari nei cristalli, quantizzazione delle vibrazioni reticolari, fononi e densità di stati, scattering anelastico da fononi e misura delle curve di dispersione, proprietà termiche: capacità termica, effetti anarmonici, conducibilità termica.
Stati elettronici nei solidi
Oltre il modello dell'elettrone libero, livelli elettronici in un potenziale periodico, teorema di Bloch, elettroni in un potenziale periodico debole, modello “tight-binding”, classificazione dei solidi cristallini: metalli, isolanti e semiconduttori.
Semiconduttori
elettroni e buche, stati donori ed accettori, proprietà di trasporto (effetto Hall, risonanza di ciclotrone), effetti termoelettrici, proprietà ottiche.
Metalli
bande di energia nei metalli e superficie di Fermi, metodi per la determinazione sperimentale della superficie di Fermi
Isolanti
dielettrici, ferroelettrici, soft-modes e transizioni strutturali, processi ottici, eccitoni.
Interfacce e sistemi a bassa dimensionalità
Stati elettronici di superficie, effetto Hall quantistico, giunzioni p-n, eterostrutture, dispositivi a semiconduttore: led, laser, struttura elettronica di sistemi a dimensionalità ridotta.
Magnetismo nei solidi
diamagnetismo e paramagnetismo, ordine ferromagnetico, antiferromagnetico e ferrimagnetico, onde di spin, domini magnetici, tecniche di risonanza: EPR, NMR, NQR, Mössbauer, risonanze magnetiche.
Superconduttività
fenomenologia dei superconduttori, superconduttori di I e II tipo, teoria della superconuttività: equazioni di London e teoria BCS, effetto Josephson.
Bibliografia
- Introduction to Solid State Physics, 8th Edition - C. Kittel (2005 - John Wiley & Son)[Edizione Italiana: Editore: CEA 2800]
- Solid State Physics , - N.W. Ashcroft, N.D. Mermin (1987 - Mc Graw Hill)
- Solid State Physics - H. Ibach, H. Lüth (2003 - Springer
- Oxford Master Series in Condensed Matter Physics (Vols. 1 – 5),(Oxford University Press - ultima ristampa 2010)
Metodi didattici
Lezioni frontali (circa 55% delle ore totali di lezione in aula)
Esercitazioni (circa 45% delle ore totali di lezione in aula): sono dedicate allo svolgimento di esercizi in aula che vengono sviluppati collegialmente dagli studenti sotto la supervisione del docente.
Altre informazioni
Il corso prevede, di norma, lo svolgimento di tre prove scritte parziali riguardanti:
proprieta' strutturali e termiche dei solidi
stati elettronici nei solidi
magnetismo e superconduttivita'
Alla fine del corso, gli studenti con una media delle tre prove ≥ 18/30 possono chiedere la registrazione di tale voto senza dover sostenere ulteriori prove d'esame.
Alternativamente possono chiedere di sostenere un colloquio orale con l'obiettivo di migliorare la votazione risultante dalle prove scritte.
Gli studenti che nelle prove scritte hanno ottenuto una votazione media < 18/30 (o che non hanno sostenuto tutte le prove) devono sostenere un esame formato da una prova scritta, riguardante tutti gli argomenti del corso, ed un successivo colloquio orale.
