Questo insegnamento, collocato al secondo semestre del terzo anno, intende fornire agli studenti in Ingegneria Fisica gli strumenti teorici indispensabili per la comprensione delle proprietà fisiche di alcune classi di materiali avanzati per applicazioni nei settori dell'ottica e fotonica, della sensoristica e dell'energia e delle applicazioni nel settore dell'informazione e della comunicazione (ICT).
Il ruolo dell'insegnamento è centrale nello sviluppo della figura professionale dell'ingegnere fisico e dell'esperto in nanotecnologie, in quanto in esso vengono applicate tutte le competenze acquisite nei corsi dei semestri precedenti, e vengono fornite le basi per la comprensione dei successivi insegnamenti di tutte le Lauree Magistrali della III facoltà alle quali il laureato in Ingegneria fisica accede senza debiti formativi.
Il corso è suddiviso in tre parti: nella prima sono trattati i materiali per le applicazioni ottiche e fotoniche. Nella seconda parte lo studente apprende nozioni basilari relativi ai materiali magnetici. Nella terza parte, vengono affrontati i materiali superconduttori e le tecnologie criogeniche, anche attraverso l'effettuazione di alcune esperienze di laboratorio.

- Conoscenza delle proprietà e dei fenomeni fisici ottici della materia.
- Capacità di utilizzare dispositivi ottici e fotonici contenenti appropriati materiali funzionali.
- Conoscenza delle proprietà magnetiche della materia.
- Capacità di utilizzare dispositivi magnetici e spintronici contenenti appropriati materiali magnetici.
- Conoscenza delle proprietà fisiche dei materiali superconduttori.
- Capacità di utilizzare dispositivi avanzati per la metrologia contenenti appropriati materiali superconduttori.
- Capacità di utilizzare tecnologie criogeniche.

- Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia)
- Meccanica quantistica.
- Elementi di meccanica statistica e statistiche quantistiche per fermioni e bosoni.
- Fisica statistica e degli stati di non equilibrio di sistemi complessi
- Fisica dello stato solido
- Dispositivi elettronici

Richiami di interazione fotoni-materia e definizioni delle proprietà ottiche della materia alla base dei fenomeni di assorbimento, emissione e guida di onde e.m. Materiali e relative proprietà per applicazioni ottiche e fotoniche. (2 cr)
Introduzione alle proprietà magnetiche della materia. Materiali magnetici e relative applicazioni (1,5 cr)
Introduzione alla superconduttività e alle proprietà dei materiali superconduttori. Elementi base di criogenia (2 cr)
Laboratorio di superconduttività (0,5 cr)

Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti. Può essere richiesto in taluni casi l'uso di calcolatrici scientifiche (personali, di ciascuno studente).

Le esercitazioni sperimentali di laboratorio costituiscono una parte integrante dell'insegnamento. Tutte le esperienze vengono effettuate in laboratorio dagli studenti, a piccoli gruppi e sotto la supervisione di personale esperto, sempre utilizzando strumentazione non virtuale. Gli studenti devono redigere a gruppi una relazione dettagliata su ciascuna delle esperienze cui hanno preso parte.

Selezione di capitoli dai seguenti testi:

S.L.Chuang, Physics of photonic devices, Wiley 2009
M. Tinkham, Introduction to superconductivity, McGraw-Hill 1996
E. du Tremolet: Magnetism: fundamentals, Springer 2005

L'esame finale comprende uno scritto e un orale. Lo scritto comprende a) domande di teoria; b) quesiti a risposta multipla sui medesimi argomenti di teoria. Il voto massimo conseguibile nella parte di problemi è di 20 trentesimi, quello conseguibile nella parte di quesiti è di 10 trentesimi. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 2 ore, e per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 15 trentesimi. L'orale ha una durata di 15'-20', e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni.
Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale (peso 0,9) e delle relazioni di laboratorio (peso 0,1). E' possibile acquisire punti aggiuntivi con relazioni di approfondimento su argomenti specifici, o preparando appunti delle lezioni riutilizzabili negli anni successivi.