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Fisica dello stato solido
06AXFOD
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea in Ingegneria Fisica - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 100 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Di Fabrizio Enzo Mario | Professore Ordinario | PHYS-06/A | 60 | 0 | 0 | 0 | 5 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | FIS/03 FIS/03 |
2 8 |
F - Altre attività (art. 10) A - Di base |
Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro Fisica e chimica |
|---|
2020/21
Questo insegnamento, che si colloca nel primo semestre del terzo anno, intende fornire le basi teoriche 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 articolato in due 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 approfondite 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.
This course belongs to the third year first semester syllabus and is aimed to provide the theoretical basis to exploit in the study of the physical structure of matter as well as solid state physics. A particular focus is given to the properties critical for ICT applications.
This course is a basic block in the formation of the physical engineer and the nanotechnology expert. In it the competences acquired during the course of Quantum physics and physics of complex systems are applied. Attending this course the student will develop the basis needed to properly understand the following courses of the Bachelor and Master Degrees.
The structure of the course encompasses two moments: at first the fundamental aspects of quantum mechanics of multi-body systems are treated, from complex atoms and molecules to the basic of radiation-matter interaction. In the second the student will learn the models aimed to describe the crystalline solids and their transport properties including superconductivity.
- 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 e delle difettosità 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, seiconduttori ed isolanti.
- Knowledge of the physical behavior of multielectron atoms and simple molecules
- Ability to apply perturbation theory to complex quantum systems
- Knowledge of phenomena arising in the interaction between electromagnetic radiation and matter
- Ability to use quantum statistics to describe multi body systems
- Knowledge of theoretical and experimental techniques used in the analysis of symmetries and structure of crystalline solids
- Knowledge of the impact of crsytal structure and its defects on thermal, electrical and optical properties of crystalline solids
- Deep understanding of thermal and electrical transport properties in insulators and conductors
- 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.
- Basic physics
- Quantum mechanics ad Dirac formalism
- Elements of statistical mechanics. Fermi-Dirac and Bose-Einstein statistical distributions
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 (1 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 (1 cr)
Interazione elettrone-fonone, introduzione alla superconduttività e alle proprietà dei materiali superconduttori (2 cr)
Multielectrons atoms, electron-electron interaction; simple molecules and exchange interaction; Fermi gas and screening (2 cr)
Hamiltonian of a solid and its approximation. Direct and reciprocal lattices, crystals and X-ray diffraction. Cohesive energy (1 cr)
Translational symmetry in a crystal and dynamical electron states. Bloch theorem and band structure. Electronic transport and thermoelectrical properties of metals and insulators. Electrical properties of semiconductors. (2 cr)
Phonons, crystal momentum. Phonon-phonon scattering and thermal properties of crystals (2 cr)
Definition of optical parameters in solids and radiation-matter interaction mechanisms (1 cr)
Electron-phonon interaction, introduction to superconductivity and properties of superconducting materials (2 cr)
Lezioni teoriche
Theoretical lessons
Quantum Mechanics di C. Cohen-Tannoudji, B. Dui, F. Laloe (Wiley)
N. W. Ashcroft ' N. D. Mermin, Solid state physics (Brooks Cole)
Appunti resi disponibili dai docenti sul portale della didattica
Quantum Mechanics di C. Cohen-Tannoudji, B. Dui, F. Laloe (Wiley)
N. W. Ashcroft ' N. D. Mermin, Solid state physics (Brooks Cole)
Notes uploaded by the teachers on the student portal.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite l'utilizzo di vLAIB e piattaforma di ateneo;
L'esame finale comprende uno scritto ed una prova orale facoltativa, nel caso in cui lo studente la chieda. Lo scritto è della durata di 90 minuti e comprende sia quesiti a risposta chiusa su una parte degli argomenti del corso e sia domande aperte con eventuali esercizi. Il voto massimo conseguibile è pari a 30/30 trentesimi.
Nel caso in cui lo studente volesse fare anche l' orale per aumentare il voto finale, I rimanenti argomenti del corso saranno oggetto di una valutazione orale della durata complessiva di 20-30 minuti la cui valutazione massima sarà pari a 30/30.
La valutazione finale (se lo studente sceglie di fare anche l' orale) sarà la media dello sc.ritto ed orale
Exam: Optional oral exam; Written test via vLAIB using the PoliTo platform;
The final evaluation is based on a written and, if request by the student, an oral part. The written examination is focused on the course syllabus, will last 90 minutes and is based on multipoint choice questions and also on open questions with possible exercice. Top mark is 30 over 30. In case the student wants to do the oral exam, in order to increase the final score, he/she will be examinated through all program and the oral examination is expected to last 20-30 minutes. The score of this part can reach 30/30.
The final mark (when oral is chosen) is the average of the two marks, written and oral.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite l'utilizzo di vLAIB e piattaforma di ateneo;
L' esame scritto avverrà tramite la piattaforma Exam con eventuale prova orale ( vedi sopra) tramite Virtual Class Room attivabile dal sito della Didattica
Exam: Optional oral exam; Written test via vLAIB using the PoliTo platform;
The written exam will be done through EXAM Politech platform with possible oral exam (as explained above) by using the Virtual Class Room available on the course website