Obiettivi Formativi

- Approfondimento dei concetti di base della fisica dei solidi – Conoscenza delle loro proprietà termiche, ottiche, elettroniche e magnetiche, ponendo le basi per lo studio di materiali impiegati in dispositivi ad alta tecnologia.

Learning Goals

- Deepening of the basic concepts of solid state physics. - knowledge of their thermal, optical, electronic and magnetic properties. - laying the basis for the study of materials used in high-tech devices.

Metodi didattici

Lezioni frontali

Teaching Methods

Lessons

Prerequisiti

Conoscenze di meccanica quantistica e fisica della materia

Prerequisites

Knowlwdge of quantum mechanics and matter physics

Verifiche dell'apprendimento

Esame orale

Assessment

Oral examination

Programma del Corso

- Richiami di struttura cristallina. - Diffrazione di onde e reticolo reciproco. - fononi (1):vibrazioni in cristalli con base monoatomica; fononi ottici; quantizzazione delle onde elastiche; scattering inelastico da fononi. - fononi (2): Capacità termica, enumerazione dei modi; modelli di Deby ed Einstein; densità degli stati e risultati generali; Interazioni anarmoniche: espansione termica; Conducibilità termica. - Elettroni liberi, gas di Fermi: Livelli di energia in una dimensione; gas di elettroni in tre dimensioni; capacità termica del gas di elettroni; Conducibilità elettrica e legge di Ohm, moto in campi magnetici ed effetto Hall. - Bande di energia: Modello ad elettroni quasi liberi e origine del gap di energia; Funzioni di Bloch; Modello di Kronig-Penny; soluzione dell'equazione centrale; numero di orbitali in una banda, metalli ed isolanti. - Semiconduttori:Equazioni del moto in presenza di campi esterni, lacune e massa efficace; mobilità intrinseca; stati di impurezza e modifica della conducibilità; superreticoli e oscillazioni di Bloch. Teoria della funzione inviluppo, concetto di strutture quantiche a semiconduttore. - Superficie di Fermi e metalli. - Calcolo delle bande di energia: metdo tight binding, metodo di Wigner- Seize, pseudopotenziale. - Superconduttività: Descrizione degli esperimenti; effetto Meissner, capacità termica, gap di energia ed effetto isotopico; termodinamica delle transizioni di fase; equazioni di London;ì, teoria BCS, quantizzazione del flusso, Effetto Josephson. - Diamagnetismo e paramagnetismo nei solidi. - Ferromagnetismo. - Plasmoni, polaritoni e polaroni. Processi ottici ed eccitoni.

Course Syllabus

- Crystal structure. - Wave diffraction and the reciprocal lattice. phonons (1):vibrations of crystals with monoatomic basis; optical phonons; quantization of elastic waves; inelastic scattering by phonons. - phonons (2): Phonon heat capacity; , normal mode enumeration. Debye and Einstein models; density of states and general results; Anharmonic crystal interactions;thermal expansion; thermal conductivity - Free electron Fermi gas: energy levels in one dimension; Free electron gas in three dimensions; Heat capacity of the electron gas; electrical conductivity and Ohm's law; motion in magnetic fields and Hall effect. - Energy bands: Nearly free Electron model and origin of the energy gap; Kronig-Penny model; solution of the central equation; Number of orbitals in a band, metals and insulators. Semiconductors: Equations of motions, holes, effective mass, intrinsic mobility, donors and acceptors, envelope function theory and semiconductor quantum structures. - Fermi surface and metals; - Calculation of Energy Bands, Tight Binding Method of Energy Hands, Wigner -Seitz Method, Cohesive Energy, Pseudopotential Methods. - Superconductivity: Experimental Survey, Meissner Effect, Heat Capacity, Energy Gap, Microwave and Infrared Properties, Isotope Effect, Thermodynamics of the Superconducting Transition, London Equation , BCS theory, flux quantization, macroscopic quantum coherence, Josephson effects. - Diamagnetism and paramagnetism. - Ferromagnetism - Plasmons, polaritons, and polarons. - Optical processes and excitons