CODICE 94801 ANNO ACCADEMICO 2022/2023 CFU 6 cfu anno 1 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI 11430 (LM SC.MAT.) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE FIS/03 LINGUA Inglese SEDE GENOVA PERIODO 2° Semestre MATERIALE DIDATTICO AULAWEB 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 Achieving a thorough understanding of the properties of solids at the microscopic level. Students will master the concepts of crystal lattice, lattice dynamics, and electronic band structure. The correlations of crystal lattice and bandstructure with a) , dielectric response and electronic excitations and, b) metallic, semiconductor and insulator behavior will be highlighted. The effects of electronic correlation will be introduced to explain the magnetic properties and excitations, as well as the origin of metallic, semiconductor and insulatorsuperconductivity. Lattice dynamics, excited electronic states behavior and optical properties will be discussed. Experimental as well as theoretical characterization methods will be introduced. The main physical synthesis and functionalization techniques will be discussed. 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 MARIO AGOSTINO ROCCA Ricevimento: Il docente riceverà gli studenti il giovedi mattina nel proprio studio al DIFI GIOVANNI CARRARO Commissione d'esame MARIO AGOSTINO ROCCA (Presidente) GIANANGELO BRACCO GIOVANNI CARRARO (Presidente Supplente) LEZIONI INIZIO LEZIONI secondo semestre Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME Orale 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 alboratorio e per l'80% sull'esame orale
