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SISTEMI MESOSCOPICI E NANODISPOSITIVI

CODICE 66800
ANNO ACCADEMICO 2021/2022
CFU
  • 6 cfu al 2° anno di 9012 FISICA(LM-17) - GENOVA
  • 6 cfu al 1° anno di 9012 FISICA(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 2021/2022)
    • FISICA DELLA MATERIA 2 61844
    • FISICA TEORICA 61842
    • FISICA NUCLEARE, DELLE PARTICELLE E ASTROFISICA 2 61847
    • FISICA 9012 (coorte 2020/2021)
    • FISICA DELLA MATERIA 2 61844
    • FISICA TEORICA 61842
    • FISICA NUCLEARE, DELLE PARTICELLE E ASTROFISICA 2 61847
    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

    L'insegnamento 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

    Commissione d'esame

    MAURA SASSETTI (Presidente)

    DARIO FERRARO

    FABIO CAVALIERE (Presidente Supplente)

    LEZIONI

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su 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.