Questo insegnamento, che si colloca nel primo semestre del terzo anno, intende fornire le basi teoriche e sperimentali da utilizzare nello studio della struttura fisica della materia e della fisica dello stato solido con particolare riferimento alle proprietà fondamentali per le applicazioni nel settore delle tecnologie 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 diffusamente tutte le competenze acquisite nel corso di Meccanica quantistica e Fisica dei sistemi complessi, situato al secondo semestre del II anno, e vengono fornite le basi per la comprensione dei successivi insegnamenti del III anno e delle Lauree Magistrali alle quali il laureato in Ingegneria fisica può accedere senza debiti formativi.
Il corso è suddiviso in tre parti: nella prima sono trattati gli aspetti fondamentali della fisica quantistica dei sistemi a molti corpi, partendo dagli atomi complessi e dai sistemi molecolari, per giungere alla descrizione elementare dell'interazione microscopica radiazione-materia. Nella seconda lo studente apprende nozioni basilari della struttura e della fisica dei solidi cristallini ideali, acquisendo gli strumenti essenziali per studiare le proprietà di conduzione termica e di conduzione elettrica di materiali reali, arrivando a porre le basi per la comprensione di fenomeni quali la superconduttività. Nella parte di laboratorio, lo studente sviluppa la capacità di effettuare misurazioni accurate di grandezze fisiche tipiche di materiali di interesse applicativo.

- Conoscenza del comportamento fisico di atomi a più elettroni e di molecole semplici.
- Capacità di applicare la teoria delle perturbazioni a sistemi quantistici complessi.
- Conoscenza dei fenomeni connessi con l'interazione fra campo elettromagnetico radiante e materia.
- Capacità di applicare le statistiche quantistiche a sistemi a molti corpi.
- Conoscenza delle tecniche sperimentali e teoriche per studiare la struttura e le simmetrie dei solidi cristallini.
- Conoscenza degli effetti delle simmetrie dei cristalli sulle proprietà termiche, elettriche, ottiche di solidi cristallini.
- Conoscenza approfondita, su rigorosa base quantistica, delle proprietà di conduzione termica ed elettrica in metalli, semiconduttori ed isolanti.
- Capacità di applicare le conoscenze acquisite per realizzare esperienze di laboratorio attinenti alla fisica dello stato solido.

- Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia)
- Meccanica quantistica ondulatoria e formalismo di Dirac.
- Elementi di meccanica statistica e statistiche quantistiche per fermioni e bosoni.

Atomi a molti elettroni, interazione elettrone-elettrone; molecole semplici e interazione di scambio;
gas di Fermi e screening (2 cr)
Hamiltoniana di un solido e sue approssimazioni. Reticolo diretto e reciproco, cristalli e diffrazione di raggi X. Energia di coesione (0.7 cr)
Simmetrie di traslazione e stati elettronici dinamici in un cristallo. Teorema di Bloch e struttura a bande. Trasporto elettrico e fenomeni termoelettrici in metalli ed isolanti. Proprietà elettriche dei semiconduttori (2 cr)
Fononi, crystal momentum. Processi di scattering fonone-fonone e proprietà termiche dei cristalli (2 cr)
Definizione delle proprietà ottiche della materia e meccanismi di interazione radiazione-materia (0.8 cr)
Interazione elettrone-fonone, introduzione alla superconduttività e alle proprietà dei materiali superconduttori (1.5 cr)
Strumentazione e suo utilizzo (princìpi fisici ed attività di laboratorio) (1 cr)

L’attività sperimentale in laboratorio comprende le seguenti attività:

- Misura di proprietà di trasporto di metalli e semiconduttori (omostrutture, eterostrutture, giunzioni Schottky)
- Misura proprietà ottiche di semiconduttori

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

N. W. Ashcroft ' N. D. Mermin, Solid state physics (Brooks Cole)

Appunti resi disponibili dal docente sul portale della didattica

L'esame finale comprende uno scritto e un orale. Lo scritto della durata di 45 minuti comprende quesiti a risposta chiusa su una parte degli argomenti del corso. Il voto massimo conseguibile è pari a 10 trentesimi.
I rimanenti argomenti del corso saranno oggetto di un’orale della durata di 30-40 minuti circa la cui valutazione massima è pari a 20 trentesimi.
Gli argomenti su cui verteranno le due prove saranno indicati dal docente a inizio corso e caricati sul portale della didattica
Le relazioni scritte sull’attività di laboratorio saranno valutate fino ad un massimo 2 trentesimi da aggiungere a quelli accumulati con le prove scritta ed orale.