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INTRODUCTION TO SOLID STATE

CODICE 94801
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU
  • 6 cfu al 1° anno di 11430 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI (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

    Commissione d'esame

    MARIO AGOSTINO ROCCA (Presidente)

    GIANANGELO BRACCO

    GIOVANNI CARRARO (Presidente Supplente)

    LEZIONI

    INIZIO LEZIONI

    secondo semestre

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su 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