I recenti sviluppi delle nanotecnologie hanno mostrato che in molte nanostrutture il trasporto elettronico quantistico è coerente, ed è caratterizzato da leggi fisiche particolari, diverse da quelle dei sistemi macroscopici e microscopici. Queste scoperte hanno dato luce ad un nuovo campo chiamato Fisica Mesoscopica. L'obiettivo di questo corso è fornire un'introduzione ai sistemi mesoscopici, evidenziandone le principali caratteristiche fisiche, la modellizzazione teorica, e la realizzazione sperimentale, con particolare riferimento ai nuovi materiali a base di carbonio come nanotubi e grafene. Verranno in particolare discussi gli effetti della coerenza quantistica sul comportamento della corrente elettrica per un generico sistema mesoscopico (formula di Landauer-Buettiker). Nella parte finale del corso si accennerà anche al caso di strutture ibride realizzate combinando sistemi mesoscopici con superconduttori, al fine di ottenere proprietà di trasporto opportune e controllabili (transistor a supercorrente con semiconduttori e nanotubi).


The recent development of nanotechnology has shown that in many nanostructures quantum electron transport is coherent and obeys peculiar laws, different from those of Macroscopic and Microscopic systems. These discoveries have paved the way to a new field called Mesoscopic Physics. The purpose of this course is to provide an introduction to Mesoscopic Systems, pointing out their main physical features, the theoretical modeling, and the experimental realizations, with a special focus on carbon-based materials such as nanotubes and graphene. The quantum coherence effects on the behavior of the electronic current for an arbitrary mesoscopic system (Landauer-Buettiker formula) will be particularly discussed. The final part of the is concerned with hybrid structures, i.e. systems realized connecting mesoscopic systems to superconductors in order to obtain desired and controllable transport properties (supercurrent transistors with semiconductors and nanotubes).

1. Richiami di Meccanica Quantistica
2. Introduzione alla Fisica Mesoscopica, scale di lunghezza caratteristiche ed effetti puramente mesoscopici
3. Cenni alle realizzazioni sperimentali. Nanostrutture, elettronica basata sul carbonio. Grafene: realizzazione, spettro elettronico, e sue applicazioni.
4. Modellizzazione teorica dei sistemi mesoscopici: la formula di Landauer-Buettiker e sue applicazioni ai fili quantici e ai Nanotubi di carbonio
5. Generalizzazione ai sistemi a molti canali: quantizzazione della conduttanza e applicazione ai Punti di Contatto Quantici.
6. Breve richiami di Superconduttività e Effetto Josephson
7. Strutture ibride con superconduttori: Il fenomeno della riflessione di Andreev, modelli per transistor a supercorrente e formula di Beenakker.


1. Short survey about Quantum Mechanics
2. Introduction to Mesoscopic Physics, characteristic length-scales and purely mesoscopic effects
3. Experimental realizations. Nanostructures, carbon-based electronics. Graphene: realization, electronic spectrum and its applications
4. Modeling mesoscopic systems: the Landauer-Buettiker formula and its applications to quantum wires and Carbon Nanotubes.
5. Generalization to the multi-channel case: conductance quantization and applications to Quantum Point Contacts
6. Short review about superconductivity and Josephson Effect
7. Hybrid structures with superconductors: the phenomenon of Andreev reflection, models for supercurrent Transistors and Beenakkers' formula.