Insegnamenti

 

SM/0042 - FISICA DELLA MATERIA

Anno Accademico ​2013/2014

Docente
LUCIANO ​COLOMBO (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento




Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/68] ​ ​FISICA [68/00 - Ord. 2012] ​ ​PERCORSO COMUNE648
Obiettivi

Il corso mira ad approfondire la preparazione dello Studente in Fisica della Materia, idealmente completando il percorso iniziato con l’insegnamento di “Fondamenti di Struttura della Materia” nella laurea triennale.
Lo Studente, in particolare, acquisterà conoscenze di base sui principali capitoli della fisica dei solidi cristallini ma, sebbene in forma meno sistematica, verrà esposto anche a concetti relativi a sistemi più complessi, quali: sistemi a bassa dimensionalità, materiali reali, superconduttori (convenzionali o ad alta temperatura critica).
Il corso ha un carattere sostanzialmente fenomenologico: ogni argomento sarà presentato a partire dalle relative risultanze sperimentali; i diversi modelli teorici saranno sviluppati con rigore contettuale, ma con apparato matematico ridotto all’indispensabile.
Lo Studente svilupperà capacità di applicazione dei concetti e metodi presentati a lezione a casi concreti attraverso lo svolgimento di un congruo numero di esercizi applicativi.
Il corso ha diversa valenza
• per gli Studenti che desiderino seguire un percorso in Fisica della Materia: esso rappresenta un irrinunciabile corpus di conoscenze di base, cui attingere per la fruizione dei corsi specialistici del secondo anno;
• per gli Studenti che, pur lavorando in altri contesti di ricerca, si trovino ad usare strumentazione basata su dispositivi a stato solido: esso fornisce le conoscenze minime di base per comprendere il principio fisico di funzionamento di tali dispositivi.
In tutti i casi, questo corso di Fisica della Materia si offre come utile palestra di applicazione delle conoscenze fisiche generali acquisite nei corsi di base e per apprendere i fondamenti fisici delle moderne (nano)tecnologie.

Prerequisiti

Tutti i prerequisiti necessari sono contenuti in corsi obbligatoriamente seguiti da ogni Studente.
In dettglio, si useranno concetti e metodi della: meccanica ed elettromagnetismo classici; termodinamica e fisica statistica; meccanica quantistica (non relativistica); fisica atomica e molecolare.

Contenuti

1. Elementi di cristallografia [6 ore]
• Stati di aggregazione della materia
• Lo stato solido: cristalli, amorfi, quasi-cristalli
• Reticolo diretto e reciproco
• Classificazione elementare dei legami interatomici
2. Proprietà vibrazionali, termiche ed elastiche [8 ore]
• Approssimazione armonica: concetto di fonone
• Teoria microscopica del calore specifico
• Effetti anarmonici ed espansione termica
• Conducibilità termica (contributo fononico)
3. Proprietà elettroniche [10 ore]
• Gas di elettroni liberi
• Proprietà di trasporto nei metalli: conduzione elettrica, effetto Hall e contributo elettronico alla conducibilità termica
• Elettroni in potenziale periodico: modello a bande
• Semiconduttori: generazione e statistica dei portatori, trasporto di carica, assorbimento ottico
• Cenni sui dispositivi a stato solido
4. Proprietà magnetiche [6 ore]
• Dia- e para-magnetismo.
• Ordinamento magnetico, ferro-magnetismo, onde di spin.
5. Proprietà dielettriche [6 ore]
• Teoria microscopica della costante dielettrica
• Fenomeni di polarizzazione dielettrica.
• Piro-, piezo- e termo-elettricità.
6. Materiali e sistemi complessi [6 ore]
• Cenni ai sistemi a bassa dimensionalità (gas di elettroni bidimensionale ed effetto Hall quantistico).
• Cenni ai materiali reali (difetti puntuali ed estesi).
• Cenni alla fisica dei materiali polimerici.
7. Argomenti avanzati [6 ore]
• Superconduttività (fenomenologia e cenni di teoria BCS).
• Cenni alle proprietà meccaniche dei solidi (elasticità, duttilità, frattura, fatica).

Metodi Didattici

Tradizionale con lezioni frontali accompagnate da esercitazioni.

Verifica dell'apprendimento

Esame articolato in una prova scritta ed in una prova orale.

Testi

• J.R. Hook, H.E. Hall “Solid State Physics” (John Wiley & Sons – ISBN 978-0471-92805-2)
Nota: il testo è già disponibile in multiple copie presso la Biblioteca di distretto.
• Il testo verrà integrato da dispense del Docente.

Altre Informazioni

Informazioni aggiornate e materiale didattico ausiliare saranno messi a disposizione degli Studenti sul sito web del Docente.

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