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Oggetto:
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Fisica dello stato solido -- Solid State Physics

Oggetto:

Anno accademico 2012/2013

Codice dell'attività didattica
MFN0850
Docente
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno
Periodo didattico
Primo periodo didattico
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Obiettivi formativi: Fornire agli studenti le nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fondamentali della dinamica elettronica e reticolare nei solidi e alle proprietà di alcune classi di materiali. Pre-requisiti in ingresso: Conoscenze della fisica di base (meccanica, elettromagnetismo, ottica) e di meccanica quantistica. Competenze attese in uscita: - Sapere descrivere il moto elettronico all’interno dei solidi dal punto di vista classico, semiclassico e quantistico - Padroneggiare le implicazioni della struttura periodica spaziale nei confronti delle onde, sia elettromagnetiche che elettroniche - Sapersi orientare all’interno di una situazione fisica relativa alla conduzione nei solidi individuando le grandezze importanti e il loro ordine di grandezza - Possedere una buona padronanza dei fenomeni fisici su cui si basano i principali dispositivi a semiconduttore. - Possedere una adeguata conoscenza delle principali proprietà elettroniche e ottiche dei materiali semiconduttori ed isolanti. - Saper applicare tali conoscenze per definire le caratteristiche opto/elettroniche e le prestazioni dei principali dispositivi elettronici e sensori a semiconduttore

Oggetto:

Programma

Lezione Data Argomento Riferimento
1 26.09.2012 Struttura dei cristallina; ordinamenti periodici degli atomi; modelli fondamentali di reticoli; Sistemi di indicizzazione dei piani cristallini [1] Cap. 1
2 27.09.2012 Sistemi di indicizzazione dei piani cristallini; Strutture cristalline semplici; NaCl, CsCl, hcp [1] Cap. 1
3 28.09.2012

Strutture cristalline semplici: diamante, zincoblenda.

Diffrazione delle onde da un cristallo; ampiezza dell'onda diffusa; reticolo reciproco

[1] Cap. 1

[1] Cap. 2

 4 03.10.2012  Legge di Bragg, condizioni di diffrazione, equazioni di Laue; Zone di Brillouin: reticolo reciproco sc, bcc, fcc [1] Cap. 2; problemi 1
 5 04.10.2012 Analisi di Fourier della base; fattore di struttura del reticolo bcc, fcc;  [1] Cap. 2; problema 5
 6 05.10.2012 

Metodi sperimentali per la diffrazione dei raggi x

Esempi di analisi di diffrattogrammi

 [1] Cap. 2
7 11.10.2012

Fattore di forma atomico: 

Cristalli di gas nobili; interazione di van der Waals-London; interazione repulsiva; costanti reticolari all'equilibrio; Energia coesiva

 [1] Cap. 2; problema 6.

[1] Cap. 3

12.10.2012  Cristalli ionici: energia elettrostatica, costante di madelung; Cristalli covalenti, Metalli, Legame Idrogeno  [1] Cap. 3
9 17.10.2012   Raggi atomici; raggi nei cristalli ionici; Analisi delle deformazioni elastiche; dilatazione; le componenti dello sforzo  [1] Cap. 3
10 18.10.2012  Cedevolezza elastica e rigidità elastica; densità di energia elastica; costanti elastiche dei cristalli cubici; Modulo di compressibilità volumetrica  [1] Cap. 3
11  19.10.2012  Onde elastiche nei cristalli cubici nella direzione 100 e 110   [1] Cap. 3
12  24.10.2012  Vibrazione dei cristalli con base monoatomica: prima zona di Brillouin, velocità di gruppo, limite per lunghezze d'onda elevate  [1] Cap. 4
13  25.10.2012  Vibrazione dei cristalli con base monoatomica: Limite per lunghezze d'onda elevate; due atomi per base primitiva   [1] Cap. 4
14 26.10.2012  Due atomi per base primitiva, quantizzazione delle onde elastiche  [1] Cap. 4
15 31.10.2012 Quantità di moto del fonone; diffusione anelastica da parte dei fononi  [1] Cap. 4

16

7.11.2012  Capacità termica fononica, Distribuzione di Planck, Numerazione dei modi normali, Densità degli stati in una dimensione, Densità degli stati in tre dimensioni. [1] Cap. 5 
17  8.11.2012  Modello di Debye per la densità degli stati, Legge T3 di Debye, Modello di Einstein per la densità degli stati, Risultati generali per D(ω) [1] Cap. 5 
18  9.11.2012  Interazioni anarmoniche nei cristalli, L’espansione termica, Conducibilità termica, Resistività termica di un gas di fononi, Imperfezioni  [1] Cap. 5 
19  14.11.2012  Livelli energetici in un gas di elettroni unidimensional dimensione, Effetti della temperatura sulla distribuzione di Fermi-Dirac  [1] Cap. 6
20  15.11.2012  Gas di elettroni liberi in tre dimensioni, Capacità termica di un gas di elettroni.  [1] Cap. 6
21  16.11.2012  Capacità termica sperimentale dei metalli, 
Conducibilità elettrica e legge di ohm, Resistività elettrica sperimentale dei metalli, Conducibilità termica nei metalli
 [1] Cap. 6 
22  22.11.2012 

Rapporto tra conducibilità termica ed elettrica

Modello a elettroni quasi liberi; Origine del gap di energia; Ampiezza del gap di energia.

 [1] Cap. 7
23  23.11.2012  Le funzioni di Bloch, Equazione d’onda per un elettrone in un potenziale periodico, Modello di Kronig Penney nello spazio delle coordinate e nello spazio degli impulsi.  [1] Cap. 7
24  27.11.2012

AULA FRANZINETTI

Momento cristallino di un elettrone, Soluzione dell’equazione centrale,  Approssimazione di reticolo vuoto, Soluzione approssimata vicino a un bordo zona, Numero di orbitali in una banda, Metalli e isolanti.

 [1] Cap. 7

 

 

Lezione Data Argomento Riferimento
1 26.09.2012 Crystal structures; periodic order of atoms; fundamental models of lattices; Miller indexes [1] Cap. 1
2 27.09.2012 Miller indexes; Simple crystal structures:NaCl, CsCl, hcp [1] Cap. 1
3 28.09.2012

Simple crystal structures: diamond and zincblende.

Wave diffraction in a crystal; amplitude of the diffracted wave; reciprocal lattice.

[1] Cap. 1

[1] Cap. 2

 4 03.10.2012

Bragg law, diffraction conditions, Laue equations, Brillouin zones, reciprocal lattice scc, bcc, fcc

[1] Cap. 2; problems 1
 5 04.10.2012 Fourier analysis of the base; structure factor of lattice bcc, fcc; atomic structure factor [1] Cap. 2; problem 5
 6 05.10.2012  Experimental set-up for x-ray diffraction; examples of diffraction analysis of crystals [1] Cap. 2
 7 11.10.2012

 Atomic form factor

Noble gas crystals; van der Waals-London interaction; repulsive interaction; lattice constants at equilibrium; cohesive energy

[1] Cap. 2; problem 6.

[1] Cap. 3

 8 12.10.2012

 Ionic crystals: electrostatic energy; Madelung constant; Covalent crystals ; metals; H binding

 1] Cap. 3
 9 17.10.2012  atomic radii; analysis of elastic strains  
10  18.10.2012  analysis of elastic strains   
11  19.10.2012  elastic compliance and stiffness constants   
12  24.10.2012 elastic waves in cubic crystals   
13  25.10.2012  Vibrations of crystals with monoatomic basis   
14  26.10.2012  Two atoms per primitive basis   
15  31.10.2012   Phonon momentum; Inelastic scattering by phonons  

16

7.11.2012  Thermal capacity, Bose-Einstein distribution; phonon thermal capacity; normal modes, density of states in one and three dimensions. [1] Cap. 5 
17  8.11.2012  Debye model for the density of states; T3 Debye law, Einstein model for the Density of states; general model for D(ω) [1] Cap. 5 
18  9.11.2012  Anharmonic interactions in crystals; thermal expansion Thermal conductivity, thermal resistivity of a phonon gas   [1] Cap. 5 
19  14.11.2012  Energy levels in one dimensions free electron gas; themperature effects and Fermi Dirac distribution  [1] Cap. 6
20  15.11.2012  Free electron gas in 3D. Thermal capacity of an electron gas.  [1] Cap. 6
21  16.11.2012 

Experimental thermal capacity in metals

 Conductivity and ohm law; electrical resistivity in metals; thermal conductivity in metals.

 [1] Cap. 6 
22  22.11.2012 

Thermal and electronic conductivity ratio.

Quasi free electron model. Origin of the energy gap. Amplitude of the energy gap.

 [1] Cap. 7
23  23.11.2012  Bloch functions. Wave equation for an electron in a periodic potential. A new version of the Bloch theorem.   [1] Cap. 7
24  27.11.2012

AULA FRANZINETTI

Crystal electron momentum. Solution of the central equation.   Solution at the zone boundary. Number of orbitals in a band. Metals and insulators.

 [1] Cap. 7

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

[1] C.Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido, Casa Editrice Ambrosiana, 2008 

Diapositive proiettate a lezione sono disponibili alla voce "Materiale Didattico"

 

[1] C. Kittel, "Introduction to Solid State Physics", John Wiley & Sons, 2005, 8th edition

Slides used during lessons are available at "Materiale Didattico" link.



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Note

Nessuna propedeuticità obbligatoria. Frequenza non obbligatoria, ma fortemente consigliata. Modalità di esame: orale.

 

MODIFICA DI ORARIO.

La lezione di mercoledì 21.11.2012 è cancellata.

Verrà recuperata martedì 27.11.2012 alle ore 14.00 in sala Franzinetti


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Altre informazioni

http://www.dfs.unito.it/solid
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Ultimo aggiornamento: 25/06/2013 15:31