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Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica

Contenuti Insegnamento: Fisica dello stato solido

Corso di studio: FISICA (D.M. 270/04) (offerta formativa anno 2017)
  • CFU: 6
  • SSD: FIS/03

Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione: Al termine del corso lo studente avrà le conoscenze di base della cristallografia, teoria della dinamica reticolare, dei diversi metodi di calcolo delle bande elettroniche e della teoria semplice del trasporto. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare queste conoscenze a semplici problemi di fisica dello stato solido. Autonomia di giudizio: Al termine del corso lo studente sarà in grado di riconoscere in modo autonomo gli approcci descrittivi e i metodi di calcolo appropriati ai diversi tipi di solidi. Abilità comunicative: Al termine del corso lo studente sarà in grado di relazionare oralmente sugli argomenti presentati nel corso con un linguaggio tecnico appropiato e un formalismo matematico corretto. Capacità di apprendimento: Lo studio, in parte eseguito su testi in lingua inglese, permetterà lo sviluppo di abilità di apprendimento autonomo e di approfondimento di argomenti collaterali a quelli presentati nel corso.

Prerequisiti

Nessuno obbligatorio. Sono suggerite conoscenze elementari di fisica classica e di fisica moderna relativa ai sistemi atomici e molecolari.

Programma del corso

Strutture periodiche. Operatori di traslazione. Reticoli di Bravais e con base. Operazioni di simmetria. Cenni sulla teoria dei gruppi. Gruppi puntuali e gruppo delle traslazioni. Importanza della teoria dei gruppi nella classificazione dei cristalli. Indici di Miller, strutture semplici. Metodi sperimentali per la determinazione della struttura cristallina. Legge di Bragg. Reticolo reciproco. Zone di Brillouin. Energia di legame. Cristalli formati da gas inerti. Interazione di van der Waals. Interazione repulsiva. Energia di coesione. Compressibilita e modulo di volume. Cristalli ionici. Energia di Madelung e metodo di Ewald. Cristalli covalenti e e metalli. Importanza del gas elettronico. Funzioni periodiche. Teorema di Bloch. Riduzione alla prima zona di Brillouin. Condizioni al contorno. Conteggio degli stati. Dinamica reticolare Dinamica reticolare nella approssimazione armonica. Invarianza traslazionale e self-energia. Matrice dinamica. Calcolo delle frequenze fononiche per sistemi unidimensionali e tridimensionali. Densita'degli stati. Calori specifici reticolari. Modello di Debye. Stati elettronici Elettroni liberi. Sfera di Fermi. Elettroni quasi-liberi. Schemi della zona estesa e ripetuta. Statistica di Fermi-Dirac degli elettroni. Densita degli stati. Calori specifici elettronici. Metodo tight binding. Proprieta di trasporto. Teoria macroscopica e teoria di Drude. Approssimazione del tempo di rilassamento. Conduttivita elettrica. Conduttivita termica. Legge di Wiedmann-Franz. Equazione del trasporto.

Testi di riferimento

C.Kittel, Introduzione alla fisica dello stato solido, ed CEA (2008) N.W. Aschroft and N. Mermin, Solid state physics, International Edition Saunders College, Philadelphia, 1976 Patterson, James D., Bailey, Bernard C., Solid-State Physics: Introduction to the Theory, Ed Springer, 2007 J. Ziman, Principles of the theory of solids, Cambridge University Press, 1972

Metodi Didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche Modalità per studenti lavoratori: gli studenti lavoratori che non possono frequentare le lezioni devono comunicarlo al docente per ricevere le indicazioni specifiche sugli argomenti da studiare sui libri di testo consigliati e il materiale didattico eventualmente distribuito. Orario di ricevimento: lunerdi 14-16 o su appuntamento richiesto via e-mail

Verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento sara' ottenuta tramite un esame orale finale con domande sulle tre aree principali (proprieta' strutturali, proprieta' vibrazionali , proprieta' elettroniche dei solidi cristallini)

Risultati attesi

Conoscenza e capacità di comprensione: Tramite le lezioni in aula e il materiale didattico eventualmente fornito al termine del corso lo studente avrà le conoscenze di base della cristallografia, teoria della dinamica reticolare, dei diversi metodi di calcolo delle bande elettroniche e della teoria semplice del trasporto. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Tramite le esercitazioni numeriche effettuate in aula al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare queste conoscenze a semplici problemi di fisica dello stato solido. Autonomia di giudizio: Grazie alla varieta' di esempi forniti al termine del corso lo studente sarà in grado di riconoscere in modo autonomo gli approcci descrittivi e i metodi di calcolo appropriati ai diversi tipi di solidi. Abilità comunicative: Grazie alle discussioni con il docente e il colloquio finale al termine del corso lo studente sarà in grado di relazionare oralmente sugli argomenti presentati nel corso con un linguaggio tecnico appropiato e un formalismo matematico corretto. Capacità di apprendimento: Lo studio sara' prevalentemente eseguito su testi in lingua inglese: cio' permetterà lo sviluppo di abilità di apprendimento autonomo e di approfondimento di argomenti collaterali a quelli presentati nel corso.