Proprietà magnetiche e analisi fine della materia a bassa dimensionalità

A.A. 2021/2022
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 finale 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 colloquio con uso della lavagna 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
Ricevimento:
su prenotazione e-mail
on line, via ZOOM