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Alice RUINI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Insegnamento: Fisica dello stato solido
Fisica (Offerta formativa 2020)
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; strutture cristallina (base). Operazioni di simmetria. Cenni sulla teoria dei gruppi. Gruppi puntuali e gruppo delle traslazioni. Indici di Miller. Metodi sperimentali per la determinazione della struttura cristallina. Teoria dello scattering elastico. Legge di Bragg e condizione di von Laue. Reticolo reciproco. Zona di Brillouin.
Energia di legame.
Interazione di van der Waals: Energia di coesione. Compressibilita e modulo di volume. Cristalli ionici: energia di Madelung e metodo di Ewald. Legami covalenti. Legami metallici. Legami ad idrogeno.
Dinamica reticolare
Teoria macroscopica: il modello del continuo. Teoria microscopica: dinamica reticolare. Approssimazione armonica. Matrice dinamica. Calcolo delle frequenze fononiche per sistemi cristallini unidimensionali e tridimensionali. Densita' degli stati. Calori specifici reticolari. Modello di Debye.
Stati elettronici
Teorema di Bloch. Periodicita’ e riduzione alla prima zona di Brillouin. Condizioni al contorno periodiche. Conteggio degli stati elettronici. Bande elettroniche nello schema della zona estesa e ripetuta. Elettroni quasi-liberi. Sfera di Fermi. Statistica di Fermi-Dirac per gli elettroni. Densita degli stati. Calori specifici elettronici. Metodo tight-binding.
Proprieta di trasporto.
Teoria macroscopica e modello di Drude. Approssimazione del tempo di rilassamento. Conduttivita elettrica. Conduttivita termica. Legge di Wiedmann-Franz. Equazione del trasporto.
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
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
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.