Università degli studi dell'Insubria

SOLID-STATE PHYSICS

A.A. di erogazione 2018/2019
Insegnamento opzionale

Laurea Magistrale in FISICA
 (A.A. 2018/2019)
Docenti
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
FISICA DELLA MATERIA (FIS/03)
Lingua: 
Inglese
Crediti: 
6
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
48
Dettaglio ore: 
Lezione (48 ore)

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

Prerequisiti: 

Fisica quantistica, termodinamica e meccanica dei sistemi, fisica statistica, fisica della materia

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. Reticolo 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 di energia.

Modello semi-classico per l'elettrodinamica dei solidi; 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 drogati, 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.

Introduzione alla superconduttività: fenomenologia, effetto Meissner, equazione di London. Il problema delle coppie di Cooper, elementi della teoria microscopica BCS. La teoria fenomenologica di Ginzburg-Landau, superconduttori di tipo I e II, effetti Josephson e teoria della giunzione Josephson.

Lezioni frontali o in tele-didattica.

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Prova finale orale, o scritta e orale (a scelta dello studente).

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)

Orario di ricevimento

Su appuntamento per email (giancarlo.jug@uninsubria.it)

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A.A. 2019/2020

Anno di corso: 1
Curriculum: OTTICA