PRESENTAZIONE

tutte le informazioni relative all'insegnamento si trovano nella sezione inglese

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OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Comprendere i processi fisici che regolano le proprietà di trasporto termico ed elettrico e le proprietà magnetiche in materiali avanzati. Identificare le proprietà chiave per la scelta dei materiali da impiegare in specifiche applicazioni. Apprendere metodi sperimentali di caratterizzazione di rilevanti proprietà magnetiche e di trasporto.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Comprendere i processi fisici che governano le proprietà magnetiche dei materiali: ruolo della struttura elettronica, del campo cristallino e dell'integrale di scambio nel determinare lo stato magnetico a diverse temperature.

Essere in grado di identificare i parametri chiave che determinano la risposta magnetica di un materiale e utilizzare queste informazioni per selezionare il materiale per applicazioni specifiche, in particolare per quanto riguarda i ferromagneti morbidi e duri.

Essere in grado di misurare la curva di isteresi di magnetizzazione di un ferromagnete.

Comprendere l'influenza delle strutture elettroniche multibanda e della bassa dimensionalità sulle proprietà di trasporto.

Comprendere come la struttura a bande elettroniche e i relativi canali di scattering influenzino le proprietà di trasporto dei materiali e le possibili strategie per progettare tali proprietà per specifiche applicazioni funzionali.

Comprendere i meccanismi di funzionamento fisico dei dispositivi elettronici comuni.

Essere in grado di identificare la correlazione tra le proprietà dei materiali e le prestazioni dei dispositivi.

Comprendere i principi e le peculiarità del trasporto polarizzato di spin nei materiali e nei dispositivi.

Essere in grado di redigere relazioni concise ma pienamente comprensibili sull'attività sperimentale, con una chiara presentazione dei dati sperimentali e dei relativi errori.

PREREQUISITI

Pur non essendo previste propedeuticità formali si consiglia di aver appreso i contenuti dell’insegnamento: Metal, insulators, semiconductors  e, se presente in piano di studi, di Physics: structure of matter from atoms to the solid state

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali con presentazione degli argomenti teorici.

Dimostrazioni con partecipazione attiva degli studenti in laboratorio per le attività pratiche

PROGRAMMA/CONTENUTO

Stati magnetici della materia

Classificazione fenomenologica dei materiali in base alle proprietà magnetiche, definizione di momento magnetico, momento meccanico agente su un momento magnetico, riepilogo sui vettori B, H e M, cenni sul potenziale vettore, Hamiltoniana di un atomo in un campo magnetico esterno, diamagnetismo (trattazione quantistica, precessione di Larmor), paramagnetismo (trattazione classica e cenni su quella quantistica), momento magnetico di un atomo e di uno ione: regole di Hund, momento magnetico di ioni 3d e 4f, effetto del campo cristallino sull'ordine di riempimento dei livelli, introduzione al ferromagnetismo, introduzione all'integrale di scambio: funzione d'onda di due elettroni, stati di singoletto e tripletto, tipi di ordinamento magnetico: antiferromagnetico, ferrimagnetico, ordinamento elicoidale, assi di facile e difficile magnetizzazione, energia di anisotropia magnetocristallina, stima delle dimensioni della parete di dominio, nota sulla magnetostrizione, ciclo di isteresi: campo coercitivo, magnetizzazione residua, magnetizzazione di saturazione, ferromagneti dolci e duri ed esempi di applicazioni, paramagnetismo di Pauli.

Proprietà di trasporto elettrico, termico e termoelettrico in materiali avanzati.

Proprietà di trasporto elettrico, termico e termoelettrico in metalli e semiconduttori (ripasso), Effetti della struttura a bande sulle proprietà di trasporto - Trasporto elettrico, termico e termoelettrico in materiali a bande multiple, Meccanismi di scattering in materiali avanzati: scattering elettrone-fonone, elettrone-magnone ed elettrone-elettrone; scattering su bordi di grano e difetti puntiformi, Dipendenza delle proprietà di trasporto dalla temperatura - Legge di Bloch-Grüneisen - Proprietà di trasporto in materiali avanzati: materiali bidimensionali e superconduttori, Proprietà di trasporto in giunzioni p-n e giunzioni metallo-isolante-semiconduttore.

Opzionale: Applicazioni nella spinelettronica (concetti base)

Trasporto con spin polarizzato, meccanismi di polarizzazione e depolarizzazione, esempi di dispositivi spintronici

Laboratorio (12 ore):

Tre attività sperimentali selezionate tra le seguenti

Trasporto nei semiconduttori: effetto Hall in semiconduttori drogati e materiali magnetici

Trasporto nei semiconduttori: diffusione dei portatori minoritari (Haynes-Shockley)

Magnetizzazione di materiali ferromagnetici

Resistività e magnetoresistività in materiali quantistici (materiali 2D, superconduttori)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

S. Blundell: Magnetism in Condensed Matter Oxford University Press

K.Brennan: The Physics of Semiconductors - With Applications to Optoelectronic Devices

Diapositive utilizzate nelle lezioni

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Secondo l'orario riportato qui

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consisterà in:

- una breve discussione di una delle esperienze fatte in laboratorio, su cui potrà essere richiesta l'elaborazione di una breve relazione.

- due domande sul programma 

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Il grado di raggiungimento degli obiettivi di apprendimento sarà determinato considerando:

- La comprensione del lavoro svolto nelle esercitazioni di laboratorio 

- Il grado di comprensione dimostrato nel rispondere alle domande durante l'esame orale.

- La capacità di utilizzare le conoscenze acquisite per selezionare i materiali per applicazioni specifiche durante l'esame orale.

Ciascuna parte contribuirà per 1/3 al punteggio finale.

ALTRE INFORMAZIONI

Studenti con disabilità e disturbi specifici dell'apprendimento (DSA): Gli studenti con disabilità o disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) possono richiedere adattamenti per gli esami. La certificazione deve essere caricata sul sito web dell'Università all'indirizzo servizionline.unige.it nella sezione "Studenti". La documentazione verrà verificata dal Servizio di Inclusione per Studenti con Disabilità e DSA dell'Università ((https://rubrica.unige.it/strutture/struttura/100111). Successivamente, con largo anticipo (almeno 7 giorni) rispetto alla data dell'esame, è necessario compilare l'apposito modulo online (https://modulionline.unige.it/richiesta-adattamenti#no-back).
Per ulteriori informazioni sulla richiesta di servizi e adattamenti, si prega di consultare il link [http://Studenti%20con%20disabilità%20e%20disturbi%20specifici%20dell'apprendimento%20(DSA):%20Gli%20studenti%20con%20disabilità%20o%20disturbi%20specifici%20dell'apprendimento%20(DSA)%20possono%20richiedere%20adattamenti%20per%20gli%20esami.%20La%20certificazione%20deve%20essere%20caricata%20sul%20sito%20web%20dell'Università%20all'indirizzo%20servizionline.unige.it%20nella%20sezione%20%22Studenti%22.%20La%20documentazione%20verrà%20verificata%20dal%20Servizio%20di%20Inclusione%20per%20Studenti%20con%20Disabilità%20e%20DSA%20dell'Università%20((https:/rubrica.unige.it/strutture/struttura/100111).%20Successivamente,%20con%20largo%20anticipo%20(almeno%207%20giorni)%20rispetto%20alla%20data%20dell'esame,%20è%20necessario%20compilare%20l'apposito%20modulo%20online%20(https:/modulionline.unige.it/richiesta-adattamenti#no-back).
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