FISICA DELLA MATERIA 2

FISICA DELLA MATERIA 2

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iten
Codice
61844
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
8 cfu al 1° anno di 9012 FISICA (LM-17) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/03
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (FISICA)
periodo
1° Semestre
propedeuticita
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Questo insegnamento offre una panoramica delle proprieta' elettroniche nei solidi, fornendone  i principali fondamenti.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si propone di fornire i fondamenti della fisica dei solidi, con particolare attenzione alle proprietà elettroniche.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Fornire gli elementi di base per la comprensione della dinamica degli elettroni e delle principali proprietà magnetiche nei solidi, con cenni alla superconduttività e alle basi del funzionamento del laser.

Modalità didattiche

Corso frontale svolto alla lavagna con qualche supporto di slides per dati sperimentali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

- Strutture cristalline Reticoli di Bravais, reticolo reciproco.

- Bande elettroniche nei cristalli. Approssimazione a singolo elettrone. Teorema di Bloch e sue implicazioni. Modello ad elettroni quasi liberi, bande e gap di energia. Occupazione delle bande: isolanti e metalli. Esempi (metalli e isolanti in 3D, grafene 2D, nanotubi di carbanio 1D).

- Proprietà dinamiche e di trasporto. Moto semiclassico, velocità di gruppo e massa efficace. Dinamica in presenza di campi esterni. Processi di scattering e conducibilità elettrica nei metalli.

- Semiconduttori. Concetto di lacuna e semiconduttori intrinseci, statistica dei portatori, mobilità. Semiconduttori estrinseci, legge di azione delle masse. Proprietà di trasporto: corrente di deriva e di diffusione. Processi di ricombinazione e generazione. Giunzione pn all'equilibrio, piegamento delle bande. Giunzione pn polarizzata, caratteristica corrente-voltaggio del diodo.

- Magnetismo. Definizione statistica della magnetizzazione, Hamiltoniana in campo magnetico, diamagnetismo e paramagnetismo, legge di Curie. Ferromagnetismo: modello di Weiss, interazione di scambio, Hamiltoniana di Heisenberg, campo medio.

- Superconduttività. Aspetti fenomenologici: proprietà elettriche e magnetiche e termodinamiche. Equazione di London. Cenni alla teoria microscopica BCS, condensato di coppie di Cooper.

- Laser Interazione radiazione materia: emissione e assorbimento, coefficienti di Einstein, allargamento delle righe spettrali. Principi di azione del laser: inversione di popolazione e guadagno. Schema di pompaggio a tre livelli. Cavità risonanti. Realizzazione pratica di alcuni tipi di laser: laser a stato solido, laser a gas, laser a semiconduttore.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

*G. Grosso and G. Pastori-Parravicini "Solid State Physics", Academic Press (2000).

* C. Kittel "Introduzione alla Fisica dello Stato Solido", Casa Editrice Ambrosiana (2008). *  

 

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: I ricevimenti vengono concordati con gli studenti su appuntamento e alla fine della lezione.

LEZIONI

Modalità didattiche

Corso frontale svolto alla lavagna con qualche supporto di slides per dati sperimentali.

ESAMI

Modalità d'esame

Esame scritto e orale

Modalità di accertamento

Durante l'anno vengono svolte delle esercitazioni guidate in aula per accertare durante lo svolgimento del corso l'apprendimento degli studenti.

La prova scritta è organizzata su più  problemi sul programma di esame. Ogni problema ha più domande con un difficoltà graduate che permetta al docente di effettuare un accertamento del grado di raggiungimento degli obiettivi formativi. Ad ogni domanda di ciascun problema è associato un punteggio che tiene anche conto della difficoltà del tema d'esame. E' così possibile associare in modo preciso il punteggio totale acquisito.

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 30 minuti.  E’ articolato su un numero prefissato di domande che vertono sul programma d’esame e consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, il grado di raggiungimento degli obiettivi di comunicazione e autonomia.

Della parte di esame scritto e di quella  orale vengono fatte delle medie pesate. La Commissione decide preventivamente e uniformemente per tutte le sessioni di esame, quale peso relativo dare alle due prove.  Con queste modalità, la commissione è in grado di 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.