Hard matter: fondamenti e applicazioni

Elettroni nei solidi

Semplici modelli di metalli e proprietà di trasporto di base (conducibilità DC e AC, magneto-trasporto e effetto Hall, conducibilità termica, termo-potenza). Distribuzione di Fermi-Dirac, sfera di Fermi, densità degli stati. Struttura cristallina, reticoli, vettori di base e celle unitarie. Reticolo diretto e reticolo reciproco. Elettroni in potenziali periodici, teorema di Bloch, funzioni di Bloch e struttura a bande. Esempi: Grafene, coni di Dirac, fermioni chirali.

Inerzia delle bande piene, elettroni e buche, tensore di massa efficace, trasporto DC e AC in regime diffusivo. Semiconduttori. Drogaggio di tipo n e p nei semiconduttori ed etero-strutture. Applicazione dei semiconduttori alla scienza dei materiali. Teoria del funzionale densità: teorema di Hohenberg-Kohn e approccio Kohn-Sham. Funzionali di scambio e correlazione.

Laboratorio Computazionale

Pseudo-potenziali, campionamento della zona di Brillouin. Onde piane e orbitali atomici. DFT al lavoro: i parametri chiave di un calcolo DFT periodico. Densità degli stati, densità locale degli stati, simulazione delle tomografie STM. Sistemi 1D: distorsione di Peierls in cumuleni, nanotubi di carbonio. Sistemi 2D: grafene. Sistemi 3D: metalli, grafite. Ordinamento magnetico: Fe(bcc), Fe(fcc).

Termodinamica delle trasformazioni

Diagrammi di Fase: sistemi a uno o due componenti con formazione di composti intermedi e soluzioni solide parziali e complete. Transizioni di Fase dai punti di vista termodinamico e strutturale. Cinetica delle transizioni di Fase.
Difetti e Reattività. Difetti puntuali nei metalli, semiconduttori, composti stechiometrici e non stechiometrici. Diffusione di materia e di carica. Tecniche di misura della conducibilità in corrente diretta ed alternata. Spettroscopia di impedenza. Meccanismi all'origine della reattività in fase solida. Sintesi di solidi funzionali.

Tecniche di Indagine delle proprietà termodinamiche, strutturali, microstrutturale e spettroscopiche dei solidi quali: XRPD, ,SEM/EMPA, TEM/EELS, AFM, XPS, IS, UV, DSC saranno introdotte con particolare attenzione alle loro applicazioni alla scienza dei materiali

Laboratorio Sperimentale.

Verranno studiati due sistemi: (i) Lo ioduro d'argento (AgI) presenta una transizione di fase polimorfica che lo trasforma in un "fast ionic conductor". La transizione di fase verrà studiata dal punto di vista termodinamico, strutturale e delle proprietà di trasporto sottolineando l'intima correlazione tra queste proprietà; (ii) nanoparticelle di ossidi misti di interesse energetico e catalitico verranno sintetizzate e quindi accuratamente caratterizzate mediante diffrazione, microscopia elettronica e tecniche spettroscopiche.