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Struttura della materia con laboratorio (Laboratorio)

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Structure of Matter with Laboratory (Laboratory experiments)

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Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
MFN1319
Docenti
Sviatoslav Ditalia Tchernij (Titolare del corso)
Jacopo Forneris (Titolare del corso)
Federico Picollo (Titolare del corso)
Corso di studio
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
3
SSD attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Erogazione
Mista
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

I corsi del 1o biennio e Meccanica Quantistica I

The courses of the first two years and Quantum Mechanics I

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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il modulo di laboratorio dell'insegnamento ha l’obiettivo di consentire agli studenti e alle studentesse di acquisire confidenza ed autonomia di lavoro nell’uso delle principali tecniche sperimentali della moderna Fisica della Materia.

Il corso consentirà di consolidare le competenze nell’utilizzo di metodi per la trattazione, l’analisi e la presentazione dei dati sperimentali e la loro presentazione critica sotto forma di elaborato tecnico.

 

 

The course aims at increasing the confidence and independence of the studence in laboratory activities through the utilization of the main experimental techniques adopted in modern Condensed Matter Physics.

The laboratory experiences will enable to consolidate the students skills in the utilization of methods needed to collect, handle and analyze the experimental data, together with their critical discuss in the form of a technical report.
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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

  • comprensione dei concetti alla base della moderna Fisica della materia e acquisizione dei modelli fisici che permettono una adeguata modellizzazione delle statistiche quantistiche ed una interpretazione dei fenomeni di fisica atomica, molecolare e dello stato solido
  • comprensione delle modalita' di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali per lo studio della struttura della materia
  • comprensione della trattazione statistica dei dati sperimentali per la realizzazione di una corretta misura delle osservabili fisiche

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

  • capacita' di comprendere e padroneggiare i modelli fisici fondamentali per la modellizzazione delle statistiche quantistiche e per l'interpretazione dei fenomeni su scala atomica, molecolare o riguardanti la fisica dello stato solido
  • capacità di valutare gli ordini di grandezza, di svolgere calcoli elementari e di risolvere semplici problemi riguardanti la struttura della materia
  • capacita' di effettuare misure di laboratorio con l'utilizzo di strumentazione moderna seguendo un adeguato protocollo sperimentale
  • capacita' di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta  trattazione statistica
  • capacità di redigere un resoconto scientifico in modo chiaro utilizzando una notazione scientifica corretta


Knowledge and understanding

  • understanding the basic concepts of modern Matter Physics and acquisition of the physical models for an effective modeling of quantum statistics as well as for a comprehensive interpretation of phenomena in amotic physics, molecular physics and solid state physics
  • understanding of the functionalities of laboratory equipment and of relevant experimental techniques in Matter Physics
  • understanding the proper statistical manipulation and interpretation of experimental data for the implementation of rigorous physical measurements

Applying knowledge and understanding

  • ability to understand and manage fundamental physical models to model quantum statistics and to interpret atomic, molecular or solid state phenomena
  • ability to evaluate the order of magnitude of the physical observables, to perform basic calculations and to solve simple problems relevant to the structure of matter
  • ability to take experimental measurements, using modern instrumentation and adopting a suitable experimental protocol
  • ability to interpret the experimental data using a correct statistical data analysis
  • ability to write a clear scientific report, using correct scientific terminology
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Programma

 Le 3 lezioni propedeutiche alle attività di laboratorio verteranno sulle seguenti tematiche:

  • Introduzione alle proprietà dei semiconduttori;
  • tecniche e metodologie di termometria;
  • tecniche e metodologie di misura di magnetometria.

 Le lezioni introduttive saranno incentrate sulle rispettive esperienze di laboratorio:

  • Effetto Hall: studio della concentrazione e della mobilità dei portatori di carica in un semiconduttore.
  • Fotoconducibilità: determinazione della gap di un semiconduttore da misure di assorbimento e transmittanza ottica.
  • Diffrazione di Raggi X: studio della relazione di Bragg in un cristallo, verifica sperimentale della legge di Lambert-Beer.
  • Effetto  Zeeman: misura dell'effetto Zeeman normale sulle righe spettrali del cesio e determinazione del magnetone di Bohr

The 3 preparatory lessons for the laboratory activities will focus on the following topics:

  • Introduction to the properties of semiconductors;
  • Techniques and methodologies of thermometry measurement;
  • Techniques and methodologies of magnetometry measurement.

   The introductory lessons will be focused on the respective laboratory experiences:

  • Hall effect: study of the concentration and mobility of carriers in a semiconductor.
  • Photoconductivity: determination of the band gap of a semiconductor through optical absorption and transmission measurements.
  • X-ray diffraction: study of the Bragg relationship in a crystal; experimental validation of the Lambert-Beer law.
  • Zeeman effect: measurement of the normal Zeeman effect on the spectral lines of cesium and determination of the Bohr magneton.
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Modalità di insegnamento

Il modulo di laboratorio si articola in 30 ore, così strutturate:

  • 3 lezioni in aula (6 ore) propedeutiche su tematiche generali di tecniche e metodologie nella fisica sperimentale della materia;
  • 3 lezioni in aula (5 ore) introduttive alle esperienze di laboratorio; ogni gruppo è tenuto a seguire le lezioni introduttive di tre esperienze come specificato nella lezione introduttiva ai laboratori di Struttura della Materia e Introduzione alla Fisica Nucleare e Subnucleare;
  • 5 lezioni in laboratorio (20 ore), in cui ogni gruppo svolgerà due specifiche esperienze tra le quattro indicate nel programma.

La frequenza al modulo di laboratorio (incluse le lezioni propedeutiche generali e quelle introduttive alle esperienze, pena l'esclusione dalle sessioni di laboratorio) è obbligatoria.

The laboratory module is divided into 30 hours, structured as follows:

  • 3 lectures (6 hours) on topics related to techniques and methodologies in experimental matter physics;
  • 5 lectures (7 hours) introductory to the laboratory experiences; each group is required to follow the introductory lessons of two experiences, which will be specified during the joint introductory lectures;
  • 5 laboratory sessions (20 hours), in which each group will carry out two specific experiences among the four indicated in the program.

Attendance to the laboratory module (including general preparatory lessons and introductory lessons to the experiences, under penalty of exclusion from the laboratory sessions) is mandatory.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

La valutazione delle attività svolte in laboratorio è volta a verificare la capacità dello studente ad utilizzare, con procedure appropriate, la strumentazione, di analizzare adeguatamente i dati sperimentali, e  la capacità di esporre le tecniche sperimentali ed i modelli interpretativi delle attività svolte in laboratorio. 

 

La valutazione si articola in

  • Relazioni tecniche di laboratorio, valutate collettivamente per l’intero gruppo, da consegnare entro due settimane dal termine delle esperienze di laboratorio. Le relazioni verranno valutate dai docenti utilizzando una griglia di valutazione disponibile sulla pagina Moodle del corso. 
  • Prova orale : saranno ammessi al colloquio gli studenti e le studentesse i cui gruppi avranno consegnato i propri elaborati (se valutati sufficienti) entro le scadenze prefissate. Eventuali ritardi nella consegna degli elaborati comporteranno una penalizzazione nella loro valutazione. Nell'esame verranno discussi i) la fisica, la strumentazione utilizzata ed i risultati dei dati analizzati relativi all'esperienza svolta in laboratorio; ii) le tematiche trattate nelle lezioni propedeutiche e introduttive.

            Assegnazione del voto per il modulo di laboratorio: il voto espresso in trentesimi sarà dato dalla media della valutazione conseguita nella prova orale con quella attribuita alla valutazione della relazione.

Importante: la frequenza alle lezioni di laboratorio ha una validità di 2 anni accademici, dopo di che se non si è sostenuto l'esame di laboratorio è necessario svolgere nuovamente il laboratorio (su un'altra esperienza) e produrre una nuova relazione.
Viceversa, il superamento dell’esame di laboratorio ha durata illimitata anche qualora non venga sostenuto l’esame relativo alla parte frontale del modulo.

La valutazione finale sarà data dalla media dei punteggi ottenuti per il modulo di laboratorio, per la prova scritta e per la prova orale della parte frontale.

The evaluation of the  the experimental activities carried out in the laboratory, aimed to verify the ability of the student to properly use experimental protocols and the laboratory instrumentation and to perform a suitable data analysis.

 

The evaluation is divided into

  • evalutation of the report, assessed collectively for the entire group, to be delivered within two weeks of the end of the laboratory experiences. The reports will be evaluated by the teachers using an evaluation grid available on the Moodle page of the course.
  • Oral exam: students whose groups have submitted their report (if evaluated as sufficient) within the set deadlines will be admitted to the interview. Any delays in the delivery of the documents will result in a penalty in their evaluation. The examination will discuss i) the physics, the instrumentation used and the results of the analyzed data relating to the experience carried out in the laboratory; ii) the topics covered in the introductory and introductory lessons.

Assignment of the mark for the laboratory module: arithmetic average of the evaluation of the report and the mark of the oral exam.

Important: attendance at laboratory lessons is valid for 2 years, after which if you have not taken the laboratory exam you will need to carry out the laboratory again (on another experience) and produce a new report. Conversely, passing the laboratory exam has an unlimited duration even if the exam relating to the front of the module is not taken.

The final evaluation will be given by the average of the scores obtained in the laboratory module, the written exam and the oral part of the theoretical module.

Testi consigliati e bibliografia



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Note

È richiesta l'iscrizione al corso tramite  registrazione mediante procedura CampusNet


Questo modulo fa parte dell' insegnamento "Struttura della Materia con laboratorio".

Le esperienze in laboratorio saranno svolte da gruppi di 3/4 persone. Sono previsti 3/4 turni di 5 giornate consecutive in presenza.

Per indicarci la vostra preferenza per il turno, ed eventualmente le vostre indicazioni sulla composizione dei gruppi, vi richiediamo di inserire ENTRO IL 12 FEBBRAIO i vostri nominativi in questo google sheet:

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1hh3-Dmtjz7ZNoIDfljNyu9jVO86rtdv5-GwIjz1IU9c/edit?usp=sharing

Per ricevere le eventuali comunicazioni organizzative, è necessario che tutti coloro che intendono seguire il laboratorio si iscrivano al modulo.

La composizione definitiva dei gruppi e l'assegnazione ai turni verrà comunicata nella prima lezione introduttiva del corso. È estremamente importante partecipare a questa lezione.

Si ricorda che  la frequenza alle lezioni introduttive sulle esperienze e ai turni di laboratorio è OBBLIGATORIA.



Students are requested to enrol to the course by registering on the CampusNet procedure

Registrazione
  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 28/02/2024 16:04
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