Corso di laurea in Fisica

Meccanica Quantistica I
Struttura della Materia con Laboratorio

L'insegnamento si prefigge di

• fornire informazioni di base per comprendere alcuni fenomeni fisici che intervengono nella materia quando confinata alla nanoscala e che possono essere interpretati solo nell'ambito di modelli quantistici. 
• fornire una introduzione alle nanotecnologie intese come tecniche di sintesi di nanomateriali, fabbricazione di nanodispositivi e tecniche di caratterizzazione.
• illustrare alcuni esempi di applicazione di materiali nanostrutturati o nanodispositivi nell'ambito dell'elettronica, fisica medica, biofisica, sensoristica, metrologia.

 

  

Conoscenza e capacità di comprensione

• Conoscenza di alcuni concetti di base e capacità di comprensione di modelli quantomeccanici che governano fenomeni alla nanoscala non riconducibili alla controparte macroscopica.
• Conoscenza di alcune tecniche di sintesi dei nanomateriali, fabbricazione di nanodispositivi e relativi metodi di caratterizzazione
• Conoscenza di alcune applicazioni di nanomateriali e nanodispositivi in campo scientifico e tecnologico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

• capacita' di applicare modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni alla nanoscala.
• capacità di valutare gli ordini di grandezza, di svolgere calcoli elementari e di risolvere semplici problemi riguardanti le proprietà dei nanomateriali.
• capacita' di individuare le tecniche sperimentali adatte per la caratterizzazione dei nanomateriali.

Il corso si articola in 24 h (corrispondenti a 3 CFU) di lezioni ed esercitazioni.

Sono previsti seminari tematici, presentati da esperti nel settore, al termine di ogni modulo di insegnamento.

La verifica dell'apprendimento consiste in una prova scritta volta a  verificare la capacità dello studente  ad applicare correttamente i modelli fisici per la descrizione corretta dei fenomeni che avvengono alla nanoscala. La prova scritta consisterà in esercizi numerici riguardanti argomenti trattati nelle lezioni frontali.

Durata: 2 h

Note: Non sarà consentito portare alla prova scritta libri o appunti; saranno disponibili dati essenziali (e.g. costanti fondamentali, tabella periodica degli elementi ed alcune formule fondamentali) per poter svolgere gli esercizi.  

Seminari tematici su argomenti trattati nelle lezioni frontali

•  Introduzione
  • Definizione della nanoscala
  • La nanoscienze come nuova disciplina all'interfaccia fra le discipline classiche: Fisica, Chimica, Scienza dei Materiali, Microelettronica, Biologia, Biotecnologia, Biochimica.
  • Nanoscienze e nanotecnologie
• Tecniche di caratterizzazione:
  • Microscopie:
    • elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM)
    • a scansione di sonda: a scansione a effetto tunnel (STM), a forza atomica (AFM), elettrica (EFM)...
  • Spettroscopia:
    
    • assorbimento UV-Vis-IR
    • fotoluminescenza
    • Raman
  • Diffrazione dei raggi x.
• Tecniche di sintesi:
  • approccio bottom-up
  • approccio top-down
• Struttura elettronica dei sistemi 0D
  • Livelli energetici quantizzati
  • Nanocristalli metallici, semiconduttori, isolanti.
  • Applicazioni in elettronica (Single electron transistor), sensoristica (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, nanocristalli di diamante) e metrologia (chimica/alimentare)
• Struttura elettronica dei sistemi 1D
  • Sottobande in 1D
    • Struttura a bande di nanotubi di carbonio
  • Trasporto elettrico in 1D
    • quantizzazione della conduttanza
    • Formula di Landauer
    • Legge di Ohm
• Struttura elettronica dei sistemi 2D
  • Struttura a bande del grafene
  • Esempi di applicazioni del grafene