Fisica dei solidi 1

A.A. 2015/2016
Insegnamento per
6
Crediti massimi
48
Ore totali
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso si propone di sviluppare una comprensione di molti fenomeni e proprieta` fondamentali della fisica dello stato solido. In particolare si studiano le proprieta` elettroniche, vibrazionali e spettroscopiche dei cristalli, e le proprieta` di conduzione elettrica e del calore.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
Lezioni: 48 ore
Docente: Manini Nicola
Programma
Il corso si propone di sviluppare una comprensione microscopica di molti
fenomeni e proprieta` fondamentali della fisica dei solidi. In particolare
si studiano le proprieta` elettroniche, vibrazionali e spettroscopiche dei
cristalli, e le proprieta` di conduzione elettrica e del calore.

Il programma dettagliato e` il seguente:

1. Cristalli periodici e reticolo cristallino. Reticolo diretto e reticolo
reciproco, diffrazione di raggi X; indici di Miller; fattore di forma e
fattore di struttura. Frazione di impaccamento. Quasicristalli (cenno).

2. Energia coesiva totale dei cristalli. Esempi semplici di cristalli di
gas nobili e di solidi ionici. Il metodo del funzionale densita` (DFT) per
il calcolo dell'energia totale adiabatica di un solido. Similarità e
differenze con Hartree-Fock. Funzionali approssimati: metodo di
Thomas-Fermi e metodo di Kohn-Sham, approssimazione della densità locale
(LDA).

3. Risposta elastica lineare e costanti elastiche di un solido.

4. Moti atomici in un solido cristallino: approssimazione armonica,
vibrazioni reticolari e fononi. Curva di dispersione dei fononi in
direzioni speciali di solidi cubici: modi longitudinali e modi trasversali.
Fononi in solidi 3-dimensionali e direzioni cristalline arbitrarie.
Cristalli cubici e splitting LO-TO.

5. Metodi per misurare le curve di dispersione delle frequenze fononiche.
Breve ripasso delle proprieta` termiche dei fononi, modello di Debye.

6. Effetti anarmonici nei cristalli: teoria di Gruneisen della dilatazione
termica dei solidi; collisioni tra fononi; conducibilita` termica.

7. Un modello semplificato per il moto degli elettroni nei solidi
metallici: il modello a Jellio, e le sue soluzioni in DFT.

8. Teoria delle bande nei solidi: elettroni in un potenziale periodico;
modelli e metodi per il calcolo delle bande (cenni). Caratteristiche
generali dei calcoli strutturali e di bande elettroniche dei solidi in
ambito DFT. Moto semiclassico degli elettroni nei cristalli, massa
efficace. Il moto delle lacune.

9. Conduzione di carica e calore in approssimazione di tempo di
rilassamento. Coefficiente di Hall.

10. Semiconduttori: bande di valenza e di conduzione, semiconduttori
intrinseci e drogati, portatori, mobilita`, conducibilita`, effetto Hall,
risonanza di ciclotrone. Alcuni fenomeni di trasporto ed effetti di non
equilibrio.

11. Metalli: risposta in alternata e conduttivita`. Equazione di Boltzmann.
Risposta ottica degli elettroni e spettroscopie. Effetti di non equilibrio
e termoelettrici.

12. Effetti di correlazione elettrone-elettrone ed effetti di schermo.
Effetti eccitonici: gap ottico e gap di quasiparticella. Esempi.

13. Eccitazioni ottiche: plasmoni, polaroni, eccitoni.

14. Solidi noncristallini.




Referenze

- C.Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley New York 1996)

- JR Hook and HE Hall, Solid State Physics (Wiley Chichester 1991)

- G. Grosso and G. Pastori Parravicini, Solid State Physics (Academic, San
Diego, 2000)

- NW Ashcroft and ND Mermin, Solid State Physics (Holt Sanders NY 1976)

- JM Ziman, Principes of the theory of solids (Cambridge University Press 1972)

- J.Callaway, Quantum Theory of the Solid State (Academic Press 1991)
Propedeuticità
Struttura della Materia 1; Meccanica quantistica di base.
Prerequisiti e modalità di esame
PREREQUISITI
Elementi di elettromagnetismo e meccanica quantistica. I contenuti di
fisica statistica, atomica e dei solidi di Struttura della materia 1 e 2.

MODALITA' D'ESAME
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso.
Metodi didattici
Modalità di frequenza:
Fortemente consigliata;
Modalità di erogazione:
Tradizionale.
Materiale didattico e bibliografia
Referenze

- C.Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley New York 1996)

- JR Hook and HE Hall, Solid State Physics (Wiley Chichester 1991)

- G. Grosso and G. Pastori Parravicini, Solid State Physics (Academic, San
Diego, 2000)

- NW Ashcroft and ND Mermin, Solid State Physics (Holt Sanders NY 1976)

- JM Ziman, Principes of the theory of solids (Cambridge University Press 1972)

- J.Callaway, Quantum Theory of the Solid State (Academic Press 1991)
Periodo
Secondo semestre
Periodo
Secondo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i
Ricevimento:
martedi` 14-17
ufficio Via Celoria 16, LITA A/T/C11