SISTEMI MESOSCOPICI E NANODISPOSITIVI

SISTEMI MESOSCOPICI E NANODISPOSITIVI

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iten
Codice
66800
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
6 cfu al 1° anno di 9012 FISICA (LM-17) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/03
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (FISICA)
periodo
2° Semestre
propedeuticita
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il corso fornisce una base teorica per comprendere le molteplici proprietà di trasporto presenti nei sistemi quantistici e nei nanodispositivi.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso fornisce una base teorica per comprendere le proprietà di trasporto presenti nei nanodispositivi. Obiettivo principale è fornire un quadro esaustivo della fisica dei sistemi mesoscopici, evidenziando aspetti quantistici quali l'interferenza e la quantizzazione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'obiettivo principale è quello di fornire le basi per comprendere la fisica dei sistemi quantistici fuori equilibrio evidenziando aspetti quantistici fondamentali quali la coerenza, la dissipazione, l'interferenza e la quantizzazione. Particolare attenzione verra' posta per l'analisi di risultati sperimentali e la relativa spiegazione teorica.

Modalità didattiche

Lezioni teoriche frontali alla lavagna in cui vengono direttamente spiegate ed eventualemente  calcolate le proprietà trattate. Ci si avvalerà anche di presentazioni con slides soprattuto per quanto riguarda gli aspetti di  misure sperimentali associate ai fenomeni fisica trattati.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Nella prima parte del corso si presentano alcuni aspetti di carattere più generale relativi alla trattazione teorica di fenomeni fuori equilibrio.

Nella seconda parte vengono illustrati molteplici aspetti strettamente legati ai sistemi a dimensionalità ridotta con particolare riferimento alle proprieta' di trasporto in nanodispositivi.

- Teoria della risposta lineare e funzioni di Green. Evoluzione temporale della matrice densità fuori equilibrio. Applicazioni quali la costante dielettrica e conducibilità, tunneling tra due metalli.

-Eterostrutture a semiconduttore. Creazione del gas elettronico bidimensionale.

-Processi di scattering nei solidi, lunghezze di scala nel regime mesoscopico trasporto ballistico e diffusivo.             

- Fili quantici e punti di contatto: aspetti tecnologici e descrizione teorica. Quantizzazione della conduttanza in fili quantici. Conduttanza a due e quattro terminali e relative misure. Formula di Landauer per trasporto in presenza di barriere di potenziale.       

- Effetto Aharonov-Bohm. Cenno agli integrali di cammino di Feynman, fase della funzione d'onda. Applicazione allo stato solido:  esperimenti su nano-anelli.

-  Fase di Berry e suo legame con la fase di Aharonov-Bohm.  

- Effetto Hall quantistico intero: aspetti classici, descrizione quantistica, livelli di Landau. Allargamento delle bande in presenza di disordine, spiegazione dei plateaux nella resitenza. Stati di bordo nell'effetto Hall intero. Cenni all'effetto Hall frazionario e alle statistiche frazionarie.

- Introduzione ai sistemi topologici in 2 dimensioni con relativo modello teorico (BHZ) e ai sistemi topologici superconduttivi con i  fermioni di Majorana.

- Quantum dots: aspetti tecnologici e descrizione teorica. Equazioni maestre per il trasporto in regime fuori equilibrio. Proprietà di trasporto a singolo elettrone.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

LIBRI CONSIGLIATI COME SUPPORTO PER LE DIVERSE PARTI DEL CORSO * H. Bruus, K. Flensberg, "Many-body Quantum Theory in Condensed Matter Physics" Oxford University Press (2004). * G.F. Giuliani, G. Vignale. "Quantum theory of the electron liquid"". Cambridge University Press (2005). * Y.V. Nazarov, Y.M. Blanter. "Quantum Transport. Introduction to Nanoscience". Cambridge University Press (2009). * T. Ihn. "Semiconductor Nanostructures" Oxford University Press (2010). * J.H. Davies, "The Physics of low-dimensional semiconductors", Cambridge Press (1998).

DOCENTI E COMMISSIONI

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

LEZIONI

Modalità didattiche

Lezioni teoriche frontali alla lavagna in cui vengono direttamente spiegate ed eventualemente  calcolate le proprietà trattate. Ci si avvalerà anche di presentazioni con slides soprattuto per quanto riguarda gli aspetti di  misure sperimentali associate ai fenomeni fisica trattati.

ESAMI

Modalità d'esame

La prova di esame consiste in una prova orale.

Modalità di accertamento

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 40 minuti.  E’ articolato su una parte predefinita e sviluppata dallo studente e da ulteriori domande che vertono su tutto il  programma d’esame.

Cio' consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, il grado di raggiungimento degli obiettivi di comunicazione, autonomia e chirezza logica nell'esposizione.

Con queste modalità, e vista l'esperienza pluriennale di esami nella disciplina da parte dei docenti della Commissione d'esame, è possibile 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.