Proprietà magnetiche e analisi fine della materia a bassa dimensionalità

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire conoscenze sulle proprietà magnetiche della materia condensata anche in funzione della dimensionalità (ferromagnetismo di superficie e di nanostrutture) e dei metodi sperimentali di analisi fine della materia basati sull'interazione di fasci di particelle (raggi X, raggi X soffici, neutroni, elettroni). Il corso ha un contenuto teorico ed un contenuto sperimentale finalizzati alla comprensione e interpretazione dei dati sui sistemi magnetici anche scala nanometrica. Il corso si completa con uno stage di due giorni presso i laboratori NFFA-IOM e Sincrotrone Trieste a Trieste. La teoria del ferromagnetismo viene introdotta discutendo l'hamiltoniana di Heisenberg, il modello di Stoner, le teorie del campo legante e del campo molecolare. Si discute la dipendenza della magnetizzazione dalla temperatura sia per ferromagneti tridimensionali che per le superfici. Si definisce la polarizzazione di spin di un fascio di elettroni e la misura mediante diffusione LS (di Mott) e diffusione di exchange. Magnetostatica, pareti di dominio (Bloch e Neel). Dinamica della magnetizzazione, equazione di Landau-Lifshitz-Gilbert. Introduzione all'analisi fine della materia: l'interazione quantoni-materia, le sorgenti EM, luce di sincrotrone, Free Electron Laser, metodi diffrattivi, cristallografia con raggi X, microscopia a scansione, spettroscopia della fotoemissione risolta in angolo e in spin, spettroscopia e magnetometria con dicroismo magnetico in assorbimento X.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito le seguenti abilità:
- conoscerà i fondamenti dell'ordine magnetico nella materia;
- conoscerà i fondamenti le principali teorie e la loro applicabilità;
- sarà in grado di comprendere gli esperimenti classici e moderni sulle proprietà magnetiche della materia;
- conoscerà i principi degli esperimenti di analisi fine della materia;
- sarà in grado di orientarsi nella letteratura contemporanea sul magnetismo di sistemi a bassa dimensionalità.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
1. Introduzione al ferromagnetismo
2. Approssimazione a campo medio
3. L' Hamiltoniana di Heisenberg, di volume e di superficie
4. Dipendenza della Magnetizzazione dalla Temperatura, di volume e per sistemi a bassa dimensionalità
5. Misura della polarizzazione di spin SP, misure SP vs. T su superfici
6. Anisotropia
7. Magnetostatica, pareti di dominio (Bloch e Néel)
8. Dinamica della magnetizzazione, Landau-Lifshiz-Gilbert
9. Simmetria delle superfici
10. Fusione di superficie, teoria ed esperimenti di Franck e van der Veen
11. Introduzione all'analisi fine
12. Interazione quantoni-materia (raggi X -soft e Hard-, elettroni, neutroni)
13. Sorgenti di radiazione EM, luce di sincrotrone, Free Electron Laser, Laser-HHG
14. Metodi diffrattivi, X-crystallography, surface crystallography, il problema della fase e metodi di ricostruzione
15. Metodi di microscopia a scansione, STM, AFM
16. Studio del rilassamento e ricostruzione delle superfici
17. Spettroscopia con effetto tunnel a stilo STS
18. Spettroscopia di fotoelettroni, integrata, risolta in energia, angolo e spin
19. Spettroscopia XAS e magnetometria XMCD, XMLD
20. Spettroscopie risolte in tempo con metodi pompa/sonda
21. Stage finale di 2-3 giorni presso Elettra, FERMI@Elettra e NFFA a Trieste
Prerequisiti
Conoscenze di fisica generale (elettromagnetismo e relatività ristretta) conoscenze di struttura della materia o di fisica dei solidi.
Metodi didattici
Lezioni frontali e stage a Trieste presso NFFA-IOM CNR ed il laboratorio Elettra per l'utilizzo della luce di sincrotrone
Materiale di riferimento
J.Stohr, H.C. Siegmann MAGNETISM, from fundamentals to nanoscience dynamics. Springer ISSN 0171-1873
Vari articoli e presentazioni PPT resi disponibili durante il corso
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso. In un ora di colloqui si affronta, per esempio, un ipotetico progetto di ricerca e se ne discutono gli aspetti terorici e le implicazioni sperimentali nell'ambito del corso.
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente: Rossi Giorgio
Docente/i