FISICA DELLO STATO SOLIDO AVANZATA

FISICA DELLO STATO SOLIDO AVANZATA

_
iten
Codice
90484
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
6 cfu al 1° anno di 9017 SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI (LM-53) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/03
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI )
periodo
1° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

I dispositivi a stato solido nanostrutturati sono alla base della tecnologia attuale.

Questo corso presenterà agli studenti i principi fisici su cui si basa il loro funzionamento ed esplorerà alcune delle più promettenti frontiere della ricerca attuale.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si prefigge di ottenere l’apprendimento dei concetti e delle metodologie più diffuse nella fisica dei solidi cristallini perfetti ed infiniti e di stimolare l’analisi critica di quali variazioni nelle proprietà comportino condizioni meno ideali, quali si possono trovare nei materiali reali e artificiali. Le varie approssimazioni e schematizzazioni sono sottolineate per formare quella attitudine modellistica che permette di risolvere problemi complicati mediante ingegnose semplificazioni.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo studente acquisirà conoscenza dei pincipali metodi teorici e sperimentali per lo studio dei solidi.

PREREQUISITI

Corso base di Stato Solido tenuto alla laurea triennale

Modalità didattiche

Lezioni frontali per elementi di teoria dei solidi e funzionamento pricipali tecniche sperimentali per lo studio dei solidi (40 ore)

Dimostrazione delle tecniche sperimentali (12 ore)

Modalità di esame: per accertare le conoscenze lo studente verrà esaminato oralmente. Gli verrà chiesto di illustrare un argomento di sua scelta. Un secondo argomento verrà scelto dalla commissione d'esame che sarà anche libera di porre domande allo studente se lo ritienesse necessario. Per raggiungere la sufficienza lo studente dovrà dimostrare di avere una buona padronanza dell'argomento da lui scelto ed avere padronanza almeno delle nozioni base per l'argomento scelto dalla commissione.

PROGRAMMA/CONTENUTO

1) Stati della materia condensata: liquido, amorfo, solido. Struttura cristallina e legame chimico, Simmetria cristallina, reticolo diretto con esempi per diversi materiali. Strutture stabili e metastabili, minimi dell'energia libera del sistema, pressione interna di un solido dovuta al confinamento spaziale degli elettroni. Descrizione del solido in termini di piani reticolari e reticolo reciproco. Zone di Brillouin. Metodi per determinare la cristallografia. Scattering di particelle, fattore di forma e fattore di struttura. Cristalli e quasicristalli.

2) Approssimazione di particella non interagente, Hamiltoniano del sistema, approssimazione di Born Oppenheimer, approssimazioni di Hartree e Hartree Fock, teoria del funzionale densità e calcoli ab-initio,

3) Modello a jellio, introduzione del potenziale ionico mediante pseudopotenziali. Modello tight binding, Struttura a bande degli stati elettronici. Concetto di quasiparticella, significato di vettore d'onda. Esempi: modello a bande per Al ed Ag. Densità degli stati. Superficie di Fermi. Metalli, semiconduttori ed isolanti. 

4) Descrizione sperimentale dei solidi. Particelle sonda. Neutroni: sorgenti, guide d'onda, lenti, monocromatori, polarizzatori, rivelatori. Scattering coerente ed incoerente. Scattering elastico ed anelastico.

5) Dinamica reticolare e spettro fononico. Fononi acustici ed ottici. Misura dello spettro fononico con scattering anelastico di neutroni e di raggi X.

6) Descrizione elettrodinamica di un mezzo continuo. Risposta a campi elettrici esterni, funzione dielettrica, sua dipendenza da frequenza e momento . Modellizzazione della risposta dielettrica. Limiti  per alta e bassa frequenza. per metalli e non metalli. Eccitazioni elettroniche, frequenza di plasma e sua relazione con le proprietà ottiche. Plasmoni di superficie, plasmoni  in nanoparticelle, risonanza di Mie. Relazione con l'indice di rifrazione. Parte immaginaria della funzione dielettrica e transizioni interbanda. Indice di rifrazione negativo e metamateriali ottici. Materiali artificiali per fotonica, Fononica e Plasmonica. Eterostrutture.

7) Magnetismo. Modello di Heisenberg. onde di spin.

8) Interazione della luce con i solidi. Transizioni interbanda. Fotoemissione, plasmone di multipolo, Spettroscopie di soglia, EXAFS e NEXAFS. Opportunità fornite da sorgenti di luce di sincrotrone.  

9) Difetti nei solidi: difetti puntuali, difetti estesi, diffusione di vacanze ed atomi interstiziali. Dopanti nei semiconduttori. effetto dei difetti sulle proprietà meccaniche.

10) Superfici e solidi bidimensionali, perché hanno proprietà interessanti e diverse da quelle dei solidi tridimensionali.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Efthimios Kaxiras

Atomic and Electronic Structure of Solids

Cambridge University Press

Copie articoli forniti dal docente

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Il docente riceverà gli studenti il giovedi mattina nel proprio studio al DIFI

Commissione d'esame

MARIO AGOSTINO ROCCA (Presidente)

LUCA VATTUONE

SILVANA TERRENI

LEZIONI

Modalità didattiche

Lezioni frontali per elementi di teoria dei solidi e funzionamento pricipali tecniche sperimentali per lo studio dei solidi (40 ore)

Dimostrazione delle tecniche sperimentali (12 ore)

Modalità di esame: per accertare le conoscenze lo studente verrà esaminato oralmente. Gli verrà chiesto di illustrare un argomento di sua scelta. Un secondo argomento verrà scelto dalla commissione d'esame che sarà anche libera di porre domande allo studente se lo ritienesse necessario. Per raggiungere la sufficienza lo studente dovrà dimostrare di avere una buona padronanza dell'argomento da lui scelto ed avere padronanza almeno delle nozioni base per l'argomento scelto dalla commissione.

INIZIO LEZIONI

secondo manifesto degli studi, primo semestre

ESAMI

Modalità d'esame

 L'esame prevede che lo studente esponga oralmente due argomenti, il primo dei quali  a sua scelta ed il secondo a scelta della commissione. La sufficienza verrà raggiunta se lo studente dimostrerà padronanza di tali argomenti esponnedoli con liguaggio adeguato e rispondendo alle domande della commisione d'esame.

Modalità di accertamento

Le modalità di preparazione per l’esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni. L’esame orale  verterà sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali e avrà lo scopo di valutare non soltanto se lo studente ha raggiunto un livello adeguato di conoscenze, ma anche se ha acquisito la capacità di analizzare criticamente gli argomenti che verranno posti nel corso dell'esame. Verrà anche richiesto allo studente di disegnare alla lavagna le relazioni di dispersione e la densità degli stati per i principali solidi. Verrà anche valutata la capacità di descrivere gli argomenti in modo chiaro e con una terminologia corretta.