 |
Alice RUINI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
|
Insegnamento: Laboratory of Computational Quantum Mechanics
Physics - Fisica (Offerta formativa 2020)
Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso lo studente avrà la capacità di analizzare semplici situazioni fisiche relative alla statica e dinamica dei corpi solidi infinitamente estesi o delimitati da superfici o molecole.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di impostare simulazioni dinamiche per cristalli semplici, scegliendo i codici di calcolo piu' appropriati.
Autonomia di giudizio:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di individuare autonomamente le strategie risolutive di problemi fisici anche in ambiti non esplicitamente trattati nel corso.
Abilità comunicative:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di relazionare relativamente ai risultati di simulazioni numeriche di materiali, usando un linguaggio specialistico adeguato.
Capacità di apprendimento:
Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di analisi dei problemi di fisica che si riscontrano in ambiti disciplinari anche non fisici e la messa in opera di opportune strategie risolutive.
Prerequisiti
Gli studenti devono avere conoscenza delle basi della Struttura della Materia e della Fisica dello Stato Solido.
Programma del corso
FONDAMENTI: Schemi teorici e modellizzazione
-Introduzione alla Fisica Computazionale della Materia e del Materiali.
-Richiami sulla teoria di Hartree e Hartree Fock per lo studio delle proprieta’ elettroniche.
-I teoremi di Hohenberg-Kohn e la Density-Functional Theory (DFT).
-Lo schema di Kohn-Sham.
-I principali funzionali di scambio e correlazione.
-Il metodo degli Pseudopotenziale; Tipologie di pseudopotenziali.
-La base di onde piane.
-Studio dei sistemi a bassa dimensionalita’ (2D, 1D, 0D): la tecnica delle supercelle.
-Proprieta’ strutturali ed elettroniche.
-Rilassamento atomico. Costanti elastiche e pro;rieta’ meccaniche. Dinamica ionica, fononi, proprieta’ vibrazionali.
-Proprieta’ magnetiche: DFT risolta in spin.
-Limiti della DFT.
-Cenni alla Dinamica Molecolare classica e quantistica.
-Time-Dependent Density-Functional Theory (TDDFT).
LABORATORIO: Applicazioni numeriche con codici di calcolo DFT open-source
-Calcolo delle proprieta’ strutturali in solidi estesi (semiconduttori e metalli).
-Calcolo della struttura a bande elettroniche e densita’ degli stati in solidi estesi.
-Calcolo delle proprieta’ strautturali ed elettroniche nei solidi delimitati da superfici.
-Molecole: ottimizzazione della struttura, calcolo di livelli energetici, affinita’ elettronica e potenziale di ionizzazione.
-Reazioni chimiche: calcolo dell’entalpia.
Metodi didattici
Lezioni partecipate per lo sviluppo della parte teorica. Attività di laboratorio guidata per la parte di calcolo numerico.
Ricevimento: Lunedi 14-16 o su appuntamento richiesto via e-mail.
Testi di riferimento
R M Dreizler e E K U Gross, Density Functional Theory, Springer 1990
H Eschrig, The Fundamentals of Density Functional Theory, Teubener Verlagsgesellschaft, 1996
R G Parr e W Yang, Density Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford University Press, 1989
P Giannozzi, Appunti per il corso di Metodi Numerici in Struttura Elettronica, Universita' di Udine, 2008
Verifica dell'apprendimento
La verifica del profitto avverrà tramite esame che consiste nella presentazione/discussione orale di una relazione scritta su un argomento del corso.
Modalità per studenti lavoratori: gli studenti lavoratori che non possono frequentare le lezioni devono comunicarlo al docente e possono studiare gli argomenti sui libri di testo consigliati.
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 della teoria del Funzionale Densità e delle sua applicazioni.
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 problemi di fisica che convolgono i contenuti citati.
Autonomia di giudizio:
Grazie alla varietà 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 problemi di fisica moderna.
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 e formalismo appropiati.
Capacità di apprendimento:
Lo studio, in buona 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.