Università degli studi dell'Insubria

SOLID STATE PHYSICS

A.A. di erogazione 2016/2017

Laurea Magistrale in FISICA
 (A.A. 2016/2017)

Docenti

Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
FISICA DELLA MATERIA (FIS/03)
Crediti: 
6
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
60
Dettaglio ore: 
Lezione (60 ore)

Obiettivi dell'insegnamento e risultati di apprendimento attesi

Questo modulo si prefigge di impartire i primi elementi della teoria moderna sistematica dei solidi cristallini, con enfasi sulle proprietà elettroniche e di trasporto.

Conoscenze dei principi e metodologie della Meccanica Quantistica e Fisica della Materia

Contenuti e programma del corso

Teoria classica di Drude per la conducibilità dei metalli. Distribuzione di Fermi-Dirac e teoria di Drude-Sommerfeld dei metalli.
Cristalli e reticoli cristallini. Reticoli di Bravais, con e senza base poliatomica, esempi importanti.
Cristallo reciproco di un reticolo di Bravais, esempi importanti. Indici di Miller per le facce di un cristallo.
Elementi di teoria della diffrazione da raggi-X per la determinazione della struttura dei cristalli. Fattori di struttura e fattori di forma per reticoli con base poliatomica.
Bande di energia elettronica in potenziali periodici: teorema di Bloch, superficie di Fermi, densità degli stati e singolarità di van Hove.
Modello degli elettroni quasi-liberi e risultanti bande di energia elettronica. Metodo del legame forte (tight-binding) per la determinazione delle bande elettroniche.
Modello semi-classico per l'elettrodinamica; distinzione tra metalli, semi-metalli, semi-conduttori ed isolanti.
Teoria semiclassica della conducibilità dei metalli.
Livelli di Landau per elettroni in un campo magnetico uniforme; l'effetto de Haas – van Alphen e la misura della superficie di Fermi dei metalli.
Teoria elementare dell'interazione tra gli elettroni in un solido; le approssimazioni di Hartree e Hartree-Fock, correlazioni elettroniche, schermo elettrostatico, teorie di Thomas-Fermi e di Lindhard per lo schermaggio elettronico. Cenni alla teoria di Landau per i liquidi di Fermi e alla transizione di Mott.
Classificazione dei solidi (cristallini).
Calcolo delle energie di legame dei cristalli.
Teoria classica e teoria quantistica delle vibrazioni reticolari, calori specifici dei cristalli (isolanti) e teoria di Debye-Einstein per i calori specifici dei solidi.
Effetti anarmonici nei cristalli.
Cenni alle proprietà dielettriche dei solidi isolanti e alle proprietà ottiche dei solidi.
Generalità sui semi-conduttori, statistica dei portatori (elettroni e buche), conducibilità, dopanti, livelli di impurezze, conducibilità da impurezze.
Semi-conduttori drogato, teoria della giunzione p-n.
Diamagnetismo e paramagnetismo nei solidi: isolanti e metalli. Interazione tra gli elettroni e struttura magnetica dei solidi (magnetici), modello di Heisenberg per l'interazione di scambio tra i momenti magnetici elementari di spin. Ferromagnetismo ed antiferromagnetismo.
Fenomenologia della superconduttività, superconduttori di tipo I e II, teoria fenomenologiche di London e meccanismo (fononico) della formazione di coppie di Cooper. Cenni alla teoria di Bardeen-Cooper-Schrieffer e alla teoria fenomenologica di Landau-Ginzburg. Gli effetti Josephson: teoria fenomenologica e descrizione del comportamento di una giunzione Josephson. Breve introduzione alla superconduttività nei composti di rame e ferro.

Tipologia delle attività didattiche

Lezioni frontali, dispense.

Testi e materiale didattico

N.W. Ashcroft and N.D. Mermin,
Solid-State Physics (Saunders College Publishing, Philadelphia 1976)
C. Kittel,
Introduzione alla Fisica dello Stato Solido (Casa Editrice Ambrosiana 2008)
K. Kopitzki,
Einfuehrung in die Festkoerperphysik (Teubner Studienbuecher, Stuttgart 1993)

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale.

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A.A. 2019/2020

Anno di corso: 1
Curriculum: FISICA GENERALE

A.A. 2017/2018

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE