FISICA DELLA MATERIA 2

iten
Codice
61844
ANNO ACCADEMICO
2021/2022
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
Propedeuticità in uscita
Questo insegnamento è propedeutico per gli insegnamenti:
  • FISICA 9012 (coorte 2021/2022)
  • FISICA DELLA MATERIA SOFFICE 61863
  • LABORATORIO DI FISICA DELLA MATERIA (6 CFU) 61862
  • MATERIALI E DISPOSITIVI PER L'ELETTRONICA 62421
  • SISTEMI MESOSCOPICI E NANODISPOSITIVI 66800
  • NANOSTRUTTURE 62744
  • FISICA DELLO STATO SOLIDO 61861
  • LABORATORIO DI BIOFISICA 62739
  • FISICA NUCLEARE APPLICATA 61871
  • FONDAMENTI DI ASTROFISICA E COSMOLOGIA 61874
  • TEORIA DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI 62422
  • FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI 61872
  • FISICA STATISTICA 61867
  • LABORATORIO DI FISICA DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI E ASTROFISICA 61868
  • FISICA DELLE ASTROPARTICELLE 61873
  • RELATIVITA' GENERALE 61875
  • TEORIA DEI CAMPI 61876
  • LABORATORIO DI TERMODINAMICA AVANZATA 62424
  • TEORIA DEI GRUPPI 63662
  • ELETTRONICA APPLICATA 68873
materiale didattico

PRESENTAZIONE

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

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si propone di fornire i fondamenti della fisica dei solidi, con particolare attenzione alle proprietà elettroniche.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito le competenze necessarie a comprendere la dinamica degli elettroni e delle principali proprietà magnetiche nei solidi. Avrà anche acquisito rudimenti di superconduttività e le basi del funzionamento del laser.

MODALITA' 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

MODALITA' DIDATTICHE

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

Orari delle lezioni

FISICA DELLA MATERIA 2

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame scritto e orale

MODALITA' 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.