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Oggetto:
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Fisica dello stato solido

Oggetto:

Solid State Physics

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Anno accademico 2019/2020

Codice dell'attività didattica
MFN0850
Docente
Prof. Marco Truccato (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
008510-104 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica del Sistema Meteoclimatico e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo periodo didattico
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Modalità di erogazione
Mista
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Conoscenze della fisica di base (meccanica, elettromagnetismo, ottica) e di meccanica quantistica.
Knowledge of basic physics (Mechanics, Electromagnetism, Optics) and of Quantum Mechanics.

Propedeutico a

Laboratorio di Fisica della Materia

Material Physics Laboratory
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Fornire agli studenti le nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fondamentali della dinamica elettronica e reticolare nei solidi e delle proprietà di alcune classi di materiali.

 upload_immagine_Corona_virus.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Obiettivi formativi invariati.

To provide the students with the concepts necessary to understand of the fundamental phenomena of electronic and lattice dynamics in solids,  and of the properties of some classes of materials.

upload_immagine_Corona_virus.jpgSANITARY CONTINGENCY: The objectives of the course are unchanged.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Nozioni fondamentali per la definizione delle principali caratteristiche ottiche/elettroniche e termiche dei materiali solidi.

Nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di alcune delle piu' diffuse tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali e dispositivi a stato solido.

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.

upload_immagine_Corona_virus.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Risultati dell'apprendimento attesi invariati.

Fundamental concepts for the definition of the main optical, electronic and thermal characteristics of solid materials.

Fundamental concepts for the comprehension of physical phenomena at the base of some of the most widespread experimental techniques for the characterization of solid-state materials and devices.

Students will be able to describe the electronic motion in solids from a classical, semiclassical and quantum viewpoint.

Students will be able to handle the implications of the spatial periodic structure on waves, both electromagnetic and electronic.

Students will know how to deal with a physical situation related to electrical conduction in solid materials identifying the important quantities and their orders of magnitude.

upload_immagine_Corona_virus.jpgSANITARY CONTINGENCY: The expected learning results of the course are unchanged.

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Modalità di insegnamento

Lezioni ed esercitazioni frontali

upload_immagine_Corona_virus.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Nel perdurare della contingenza sanitaria, verrà garantita l'erogazione di tutte le lezioni frontali in modalità telematica sincrona, ovvero seguendo una ben definita calendarizzazione delle lezioni stesse nel periodo didattico. Tali video-lezioni potranno consistere in collegamenti in diretta Webex (e simultanea registrazione) con lezioni in presenza in aula, se consentito dalle norme in vigore,  oppure in video-collegamenti Webex con lezioni effettuate dal docente in separata sede. In ogni caso, le video-registrazioni saranno successivamente disponibili per lo scaricamento dalla pagina e-learning/moodle del corso.

Lectures and exercise classes.

upload_immagine_Corona_virus.jpgSANITARY CONTINGENCY: In concurrence with the sanitary contingency, all lectures will be given online in synchronous mode, i.e. by following the planned timetable of the lectures during the teaching period. These video-lectures will consist of Webex live shooting (with simultaneous recording) of the classes given in person to some students, if allowed by the regulations in force, or, alternatively, of Webex live shooting of lectures given remotely by the teacher. In both cases, the recordings will be downloadable from the e-learning/moodle webpage of the course.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto piu' orale facoltativo

upload_immagine_Corona_virus.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Nel perdurare della contingenza sanitaria, l'esame scritto verrà sostituito da un esercizio da risolversi durante l'esame orale.  L'esame orale si terrà in modalità telematica utilizzando la piattaforma di tele-conferenza Webex. In particolare, la commissione sarà formata di almeno 2 docenti, e ciascun esame si terrà in presenza di almeno uno studente auditore. Tali modalità di verifica dell'apprendimento potranno subire variazioni sulla base di future disposizioni emanate dall'Ateneo e/o dal Corso di Studi.

Written exam plus optional oral part.

upload_immagine_Corona_virus.jpgSANITARY CONTINGENCY: In concurrence with the sanitary contingency, the written part of the examination will be replaced by the resolution of an exercise to be performed during the oral exam. The oral examination will take place online by adopting the Webex tele-conference platform. In particular, each evaluation commission will be composed by at least two teachers, and at least one student will participate as witness. Such procedures will be subject to possible variations, on the basis of future dispositions of the University of Torino and/or of the Physics Degree council.

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Attività di supporto


upload_immagine_Corona_virus.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Nel perdurare della contingenza sanitaria, le necessarie misure di didattica integrativa (sessioni telematiche di tutoraggio e assistenza agli studenti) saranno concordate con gli studenti ed organizzate per facilitare la comprensione dei contenuti didattici.

upload_immagine_Corona_virus.jpgSANITARY CONTINGENCY: In concurrence with the sanitary contingency, the necessary measures of integrative teaching (online tutoring and counseling sessions) will be defined together with the students in order to facilitate the understanding of the course contents.

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Programma

  • Onde nei mezzi dispersivi e significato della relazione di dispersione.
  • Reticoli cristallini e influenza delle loro proprietà di simmetria sulle grandezze fisiche. Tecniche sperimentali per i raggi X. Teoria di Laue della diffrazione Reticolo reciproco e sue proprietà. Equivalenza tra teoria di Bragg e teoria di Laue.
  • Vibrazioni reticolari. Catena lineare monoatomica. Sistemi a numero finito di gradi di libertà e decomposizione in modi normali. Cenni alla quantizzazione delle vibrazioni e concetto di fonone. Catena biatomica. Termini anarmonici e accoppiamento tra fononi: momento del fonone. Scattering neutronico.
  • Calcolo dei calori specifici reticolari in approssimazione di Debye. Fenomeni anelastici.
  • Modello ad elettroni liberi per i metalli. Livello di Fermi in varie dimensionalità. Proprietà di conduzione elettrica e termica per il gas di Fermi. Collisioni con fononi e legge di Wiedermann-Franz. Effetto termoelettrico.
  • Oscillazioni di plasma e lunghezza di schermo elettrostatico. Effetti della statistica di Fermi-Dirac per la depressione delle sezione d'urto elettrone-elettrone.
  • Elettroni in un reticolo periodico. Teorema di Bloch e sue implicazioni. Bande di energia. Modello di Kronig-Penney. Modello ad elettroni quasi liberi in 1D e funzione d'onda approssimata vicino al bordo zona. Superfici di Fermi in 2D e in 3D.
  • Modello semiclassico per la dinamica elettronica nelle bande. Tensore massa efficace.  Equivalenza della descrizione della conduzione per mezzo di elettroni o di lacune.  Cenni alle oscillazioni di Bloch.

upload_immagine_Corona_virus.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Il programma del corso è invariato.

  • Waves in dispersive media and meaning of dispersion relation.
  • Crystalline lattices and influence of their symmetry properties on physical quantities. Experimental techniques for X-rays. Laue theory of diffraction. Reciprocal lattice and its properties. Equivalence among Bragg and Laue theories.
  • Lattice vibrations. Linear monoatomic chain. Systems with a finite number of degrees of freedom and decomposition in normal modes. Hints about  quantization of vibrations and the concept of phonon. Biatomic chain. Anharmonic terms and phonon coupling: phonon momentum. Neutron scattering.
  • Calculation of the lattice specific  heat in Debye approximation.   Anelastic phenomena.
  • Free-electron model for metals. Fermi level in different dimensions. Properties of electrical and thermal conduction for the Fermi gas. Phonon scattering and Wiedermann-Franz law. Thermoelectric effect.
  • Plasma oscillations and electrostatic screening length. Effects of Fermi-Dirac statistics in electron-electron scattering cross section depression.
  • Electrons in a period lattice. Bloch theorem and its implications. Energy bands. Kronig-Penney model. Quasi-free electron model in 1D and approximate wavefunction close to the Brillouin zone boundary. Fermi surfaces in 2D and 3D.
  • Semiclassical model for electronic dynamics within the energy bands. Effective mass tensor. Equivalence among description of conduction by electrons or holes. Hints to Bloch oscillations.

upload_immagine_Corona_virus.jpgSANITARY CONTINGENCY: The program of the course is unchanged.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

  • C. Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido, Casa editrice Ambrosiana, 2008
  • N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid State Physics, Harcourt College Publishers, 1976
  • Diapositive proiettate a lezione sono disponibili alla pagina del corso sulla piattaforma Moodle.

 

Even if the first textbook is presented in the Italian Edition, it can be easily found in the original English one.

  • C. Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido, Casa editrice Ambrosiana, 2008
  • N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid State Physics, Harcourt College Publishers, 1976
  • Slides used during the lectures are available at the web page of the course on the Moodle platform.



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Orario lezioni

GiorniOreAula
Martedì11:00 - 13:00Aula D Dipartimento di Fisica
Mercoledì14:00 - 16:00Sala Franzinetti Dipartimento di Fisica
Venerdì9:00 - 11:00Sala Franzinetti Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 13/01/2020 al 13/03/2020

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Note

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Altre informazioni

http://www.dfs.unito.it/solid
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Ultimo aggiornamento: 17/06/2020 19:04