CODICE 66800 ANNO ACCADEMICO 2020/2021 CFU 6 cfu anno 2 FISICA 9012 (LM-17) - GENOVA 6 cfu anno 1 FISICA 9012 (LM-17) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE FIS/03 LINGUA Italiano SEDE GENOVA PERIODO 2° Semestre PROPEDEUTICITA Propedeuticità in ingresso Per sostenere l'esame di questo insegnamento è necessario aver sostenuto i seguenti esami: FISICA 9012 (coorte 2019/2020) FISICA DELLA MATERIA 2 61844 2019 FISICA TEORICA 61842 2019 METODI MATEMATICI DELLA FISICA 2 61843 2019 FISICA NUCLEARE, DELLE PARTICELLE E ASTROFISICA 2 61847 2019 FISICA 9012 (coorte 2020/2021) FISICA DELLA MATERIA 2 61844 2020 FISICA TEORICA 61842 2020 FISICA NUCLEARE, DELLE PARTICELLE E ASTROFISICA 2 61847 2020 MATERIALE DIDATTICO AULAWEB PRESENTAZIONE Il corso fornisce una base teorica per comprendere le molteplici proprietà di trasporto presenti nei sistemi quantistici e nei nanodispositivi. OBIETTIVI E CONTENUTI OBIETTIVI FORMATIVI Il corso fornisce una base teorica per comprendere le proprietà di trasporto presenti nei nanodispositivi. Obiettivo principale è fornire un quadro esaustivo della fisica dei sistemi mesoscopici, evidenziando aspetti quantistici quali l'interferenza e la quantizzazione. OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO L'obiettivo principale è quello di fornire le basi per comprendere la fisica dei sistemi quantistici fuori equilibrio evidenziando aspetti quantistici fondamentali quali la coerenza, la dissipazione, l'interferenza e la quantizzazione. Particolare attenzione verra' posta per l'analisi di risultati sperimentali e la relativa spiegazione teorica. MODALITA' DIDATTICHE Lezioni teoriche frontali alla lavagna in cui vengono direttamente spiegate ed eventualemente calcolate le proprietà trattate. Ci si avvalerà anche di presentazioni con slides soprattuto per quanto riguarda gli aspetti di misure sperimentali associate ai fenomeni fisica trattati. PROGRAMMA/CONTENUTO Nella prima parte del corso si presentano alcuni aspetti di carattere più generale relativi alla trattazione teorica di fenomeni fuori equilibrio. Nella seconda parte vengono illustrati molteplici aspetti strettamente legati ai sistemi a dimensionalità ridotta con particolare riferimento alle proprieta' di trasporto in nanodispositivi. - Teoria della risposta lineare e funzioni di Green. Evoluzione temporale della matrice densità fuori equilibrio. Applicazioni quali la costante dielettrica e conducibilità, tunneling tra due metalli. -Eterostrutture a semiconduttore. Creazione del gas elettronico bidimensionale. -Processi di scattering nei solidi, lunghezze di scala nel regime mesoscopico trasporto ballistico e diffusivo. - Fili quantici e punti di contatto: aspetti tecnologici e descrizione teorica. Quantizzazione della conduttanza in fili quantici. Conduttanza a due e quattro terminali e relative misure. Formula di Landauer per trasporto in presenza di barriere di potenziale. - Effetto Aharonov-Bohm. Cenno agli integrali di cammino di Feynman, fase della funzione d'onda. Applicazione allo stato solido: esperimenti su nano-anelli. - Fase di Berry e suo legame con la fase di Aharonov-Bohm. - Effetto Hall quantistico intero: aspetti classici, descrizione quantistica, livelli di Landau. Allargamento delle bande in presenza di disordine, spiegazione dei plateaux nella resitenza. Stati di bordo nell'effetto Hall intero. Cenni all'effetto Hall frazionario e alle statistiche frazionarie. - Introduzione ai sistemi topologici in 2 dimensioni con relativo modello teorico (BHZ) e ai sistemi topologici superconduttivi con i fermioni di Majorana. - Quantum dots: aspetti tecnologici e descrizione teorica. Equazioni maestre per il trasporto in regime fuori equilibrio. Proprietà di trasporto a singolo elettrone. TESTI/BIBLIOGRAFIA LIBRI CONSIGLIATI COME SUPPORTO PER LE DIVERSE PARTI DEL CORSO * H. Bruus, K. Flensberg, "Many-body Quantum Theory in Condensed Matter Physics" Oxford University Press (2004). * G.F. Giuliani, G. Vignale. "Quantum theory of the electron liquid"". Cambridge University Press (2005). * Y.V. Nazarov, Y.M. Blanter. "Quantum Transport. Introduction to Nanoscience". Cambridge University Press (2009). * T. Ihn. "Semiconductor Nanostructures" Oxford University Press (2010). * J.H. Davies, "The Physics of low-dimensional semiconductors", Cambridge Press (1998). DOCENTI E COMMISSIONI MAURA SASSETTI Ricevimento: I ricevimenti vengono concordati con gli studenti su appuntamento e alla fine della lezione. DARIO FERRARO Commissione d'esame MAURA SASSETTI (Presidente) DARIO FERRARO FABIO CAVALIERE (Presidente Supplente) LEZIONI Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME La prova di esame consiste in una prova orale. MODALITA' DI ACCERTAMENTO L'esame orale è sempre condotto dal docente responsabile e da un altro esperto della materia (di solito un docente di ruolo) ed ha una durata di circa 40 minuti. E’ articolato su una parte predefinita e sviluppata dallo studente e da ulteriori domande che vertono su tutto il programma d’esame. Cio' consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, il grado di raggiungimento degli obiettivi di comunicazione, autonomia e chirezza logica nell'esposizione. Con queste modalità, e vista l'esperienza pluriennale di esami nella disciplina da parte dei docenti della Commissione d'esame, è possibile verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Quando questi non sono raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente titolare.