PRESENTAZIONE

Il corso si prefigge di fornire agli studenti una introduzione alla fisica dello stato solido. I concetti di reticolo cristallino, dinamica reticolare, struttura a bande, eccitazioni elettroniche, magnetismo e superconduttività verranno discussi con riferimento alle proprietà atomiche. . 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Comprendere a fondo le proprietà dei solidi a livello microscopico. Gli studenti padroneggeranno i concetti di reticolo cristallino, dinamica del reticolo e struttura elettronica a bande. Verranno evidenziate le correlazioni del reticolo cristallino e della struttura a bande con a) la risposta dielettrica e le eccitazioni elettroniche e b) il comportamento di metalli, semiconduttori e isolanti. Gli effetti della correlazione elettronica saranno introdotti per spiegare le proprietà magnetiche e le eccitazioni, nonché l'origine della superconduttività metallica, dei semiconduttori e degli isolanti. Verranno discussi la dinamica del reticolo, il comportamento degli stati elettronici eccitati e le proprietà ottiche. Verranno introdotti i metodi di caratterizzazione sperimentale e teorica. Verranno discusse le principali tecniche di sintesi fisica e di funzionalizzazione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Gli studenti apprenderanno le leggi che regolano un insieme quantico di atomi organizzati in un reticolo cristallino.

PREREQUISITI

Un corso introduttivo di meccanica quantistica

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali ee esercitazioni di laboratorio 

PROGRAMMA/CONTENUTO

• Il fallimento della meccanica classica nella descrizione di un corpo solido
• Proprietà associate alla discretezza del reticolo: zona di Brillouin, modi normali e fononi. 
• Concetto di numero d'onda, la sua quantizzazione per un reticolo, la densità di stati fononici. 
• Il solido nel limite macroscopico: la capacità termica nel modelli di Einstein e Debye.
• I legami chimici la cella unitaria e le proprietà di simmetria reticolare.
• Lo spazio diretto e lo spazio reciproco..
• Misura del reticolo cristallino con scattering di elettroni, neutroni, e raggi X per strutture tri e bi dimensionali. 

Proprietà elettroniche ed ottiche

• Il gas di elettroni liberi in presenza di campi elettrici e magnetici.  
• La statistica di Fermi ed il calore specifico del gas di elettroni liberi
• L'energia di  Fermi energy, il vettore d'onda e la superficie di Fermi
• La struttura a bande e l'approssimazione di sngola particella per gli elettroni nin banda di valenza.
• La funzione di risposta dielettrica, le eccitazioni elettroniche ed i plasmoni. 
• La spettroscopia di fotoemissione ed il potenziale di estrazione. 
• Il modello a legame forte, I semiconduttori, la banda di valenza e quella di conduzione, elettroni e lacune e loro massa efficace. .
• Il dopaggio di un semiconduttore, giunzioni e dispositivi a semiconduttore. 

Magnetismo

• La proprietà magnetiche di un solido: para, dia, ferri e ferromagnetismo. 
• Il magnetismo degli elettroni in banda di conduzione: paramagnetismo di Paoli e diamagnetismo di Landau..
• Anisotropia magnetica, domini magnetici ed isteresi.. .
• Comprenedre il ferromagnetismo : l'Hamiltoniano di Heisenberg, il modello di Hubbard ed il criterio di Stoner. 

Superconduttività

• Lo stato superconduttore, la temperatura critica, la corrente critica ed il campo magnetico critico. Il Diamagnetismo perfetto. 
• Il meccanismo di correlazione, le coppie di Cooper e la formazione di un gap di energia. 
• La teoria BCS ed il condensato di Bose. 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Simon: Lectures in Solid State Physics scaricabili da internet.

Ibach Lueth Introduction to Solid State Physics, Springer Verlag. 

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MARIO AGOSTINO ROCCA (Presidente)

FRANCESCO BISIO

GIANANGELO BRACCO

GIOVANNI CARRARO (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

secondo semestre

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame si svolgerà oralmente. Lo studente dovrà prepararre una presentazione di 15 min su un argomento a sua scelta che verrà quindi integrata con domande su tutto il programma svolto bnel corso.

Per gli studenti con disabilità o con DSA si rimanda alla sezione Altre Informazioni.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Lo studente presenterà un argomento a sua scelta e successivamente verrà interrogato su tutto il programma. Il voto è pesato per il 20% sulle relazioni di laboratorio e per l'80% sull'esame orale

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo, come indicato sul sito federato al link: SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI 11430 | Studenti con disabilità e/o DSA | UniGe | Università di Genova | Corsi di Studio UniGe

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici