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Oggetto:
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Fisica dello stato solido

Oggetto:

Solid State Physics

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Anno accademico 2020/2021

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
Tradizionale
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
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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_virus1.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_virus1.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_virus1.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_virus1.jpgSANITARY CONTINGENCY: The expected learning results of the course are unchanged.   

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Modalità di insegnamento

upload_immagine_Corona_virus1.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Nel perdurare della contingenza sanitaria, verrà adottata una modalità di erogazione mista. Una parte delle lezioni (2 lezioni settimanali su 3) verranno erogate in presenza, garantendo comunque anche la contemporanea erogazione in modalità telematica attraverso collegamenti in diretta Webex e simultanea registrazione. I corrispondenti file audio/video saranno successivamente resi disponibili per lo scaricamento sulla pagina e-learning/Moodle del corso.

La restante parte delle lezioni (1 lezione settimanale su 3) verrà erogata soltanto in modalità telematica sincrona attraverso il collegamento in diretta Webex, con relativa registrazione e caricamento del file sulla pagina e-learning/Moodle del corso.

Sia le lezioni in presenza sia quelle in sola modalità telematica seguiranno l'orario ufficiale. Il rapporto tra il numero di lezioni in presenza e quelle in sola modalità telematica sarà mantenuto costante compatibilmente con le condizioni della pandemia e delle norme COVID in vigore.


upload_immagine_Corona_virus1.jpgSANITARY CONTINGENCY: In concurrence with the sanitary contingency, the course will be delivered in a blended way. Part of the classes (2 out of 3 weekly lectures) will be given in person to some students, but guaranteeing also the simultaneous Webex live shooting and recording. The corresponding audio/video files will be subsequently available for download on the e-learning/Moodle webpage of the course.

The remaining part of the course (1 out of 3 weekly lectures) will consist of Webex live sessions only, with the corresponding video-recording that will be subsequently available on the e-learning/Moodle webpage of the course. 

Both the classes in person and the ones in remote mode only will take place according to the official timetable of the lectures planned during the teaching period. The ratio between the classes in person and the ones in remote mode will be kept constant, compatibly with the pandemic conditions and with the COVID regulations in force.

 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Normalmente l'esame consiste di un esame scritto obbligatorio piu' un orale facoltativo, entrambi in presenza.

upload_immagine_Corona_virus1.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Nel perdurare della contingenza sanitaria, la parte scritta dell'esame viene sostituita dalla prima domanda dell'esame orale, che consisterà nella risoluzione di un esercizio in presa diretta.

Usually the examination consists of a mandatory written part plus an optional oral part.
upload_immagine_Corona_virus1.jpgSANITARY CONTINGENCY: In concurrence with the sanitary contingency, the written part of the examination will be replaced by the first question of the oral examination, which will consist in the real-time solution of an exercise.

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Attività di supporto

upload_immagine_Corona_virus1.jpgCONTINGENZA SANITARIA: Data la particolarità della modalità di erogazione, si terranno delle sessioni di counselling a cadenza quindicinale della durata di un'ora circa in modalità telematica. Giorno e ora delle sessioni verranno concordate con gli studenti.

upload_immagine_Corona_virus1.jpg SANITARY CONTINGENCY: Due to the special delivery mode of the course, counselling sessions will take place every two weeks. These counselling sessions will take place online and will last about one hour. Day and time to be agreed on with the students.

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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. Cenni ai fenomeni anelastici e alla conduttività termica del reticolo.
  • 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. Effetto Hall e magnetoresistenza.
  • Elettroni in un reticolo periodico. Teorema di Bloch e sue implicazioni. Bande di energia. Cenni al 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_virus1.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 the 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 the Debye approximation. Hints about anelastic phenomena and thermal conductivity of the lattice.
  • 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 the Fermi-Dirac statistics on the electron-electron scattering cross section. Hall effect and magnetoresistance.
  • Electrons in a lattice. Bloch's theorem and its implications. Energy bands. Hints about the 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 the Bloch oscillations.

upload_immagine_Corona_virus1.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 voce "Materiale Didattico"

 

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 lessons are available at "Materiale Didattico" (Educational Material) link .



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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 - 11:00

Lezioni: dal 11/01/2021 al 12/03/2021

Nota: **Attenzione**: le lezioni del venerdi' ore 9-11 si tengono solo online attraverso sessioni Webex.

**Warning**: the classes on Fridays h. 9-11 will take place online only as Webex live sessions.

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Note

  1. Tutti i contenuti elettronici del corso quest'anno verranno caricati sulla pagina Moodle del corso (vedi icona "Vai a Moodle" a fondo pagina). Usare Campusnet solo per visionare il materiale del corso degli anni precedenti.
  2. L'orario indicato nella Tabella qui sotto e' parzialmente sbagliato a causa dei limiti del sistema Campusnet. La lezione del venerdi' ore 9-11 si tiene soltanto in modalità remota attraverso una sessione Webex.

  1. All of the electronic documents concerning the present year's version of the course will be uploaded on the Moodle webpage of the course (see the icon "Vai a Moodle" at the bottom of the page). Please use Campusnet just to check out the documents concerning previous years' versions of the course.
  2. The timetable reported in the Table here below is partly incorrect due to the constraints of the Campusnet platform. The classes on Fridays h.9-11 will take place online via Webex live sessions only.

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Altre informazioni

http://www.dfs.unito.it/solid
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Ultimo aggiornamento: 04/01/2021 15:11