Vai al contenuto principale
Oggetto:
Oggetto:

Fisica della materia B

Oggetto:

Physics of matter B

Oggetto:

Anno accademico 2013/2014

Codice dell'attività didattica
INT0360
Docente
Prof. Aldo Masoero (Titolare del corso)
Corso di studi
Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi
Anno
2° 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
Orale
Modalità d'esame
prova orale
Prerequisiti
le nozioni di base apprese durante la frequenza dei corsi di Struttura della Materia e Meccanica quantistica
Propedeutico a
i corsi di Fisica della materia A, Fisica della materia condensata,Laboratorio di Fisica della materia
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Fornire allo studente una conoscenza di carattere generale sulla struttura dei solidi e sulla formazione delle bande di energia; applicazione di metodi statistici allo studio delle loro caratteristiche fisiche; analisi delle proprietà di altre classi di materiali.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

acquisizione nozioni sulle proprietà fisiche dei materiali

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

lo studente viene monitorato durante il corso in relazione alle nozioni acquisite riprendendo i concetti di base se necessario, e proponendo  lo svolgimento di attività di studio  individuale, ed applicate alla soluzione di problemi ed esercizi

Oggetto:

Attività di supporto

-verifica dello svolgimento e correzione di esercizi
-tutoraggio individuale o a gruppi di studenti
-verifica dell'apprendimento in itinere

Oggetto:

Contenuti

Il corso si propone in unione  con le attività di supporto di preparare lo studente ad affrontare lo studio ulteriore della fisica dello stato solido in corsi più avannzati ad esempio di dottorato, e di lettura e comprensione di puibblicazioni scientifiche sull'argomento

Oggetto:

Programma

1. Struttura dei cristalli e bande elettroniche nei solidi (ore lezione 20)
Reticolo diretto e reciproco ed elementi di simmetria. Diffrazione da raggi X. Teoria  di Laue e tecniche sperimentali di diffrazione., Fattori di struttura  geometrico e di scattering atomico. Cella primitiva di Wigner Seitz. Costruzione di Ewald.
Modello di Drude. Conduttività elettrica e termica degli elettroni in un conduttore. Effetto Hall e magnetoresistenza. Modello di Sommerfield per gli elettroni in un solido.
Propagazione elettronica in un reticolo cristallino. Modello ad  elettroni quasi liberi. Origine della struttura a bande di energia. Teorema di Bloch e relative implicazioni.Livelli energetici vicino ad un singolo piano di Bragg. Bande di energia in una dimensione. Metodi di calcolo della struttura a bande (cenni). Modello ad elettroni fortemente legati.
Modello semiclassico per la dinamica degli elettroni nelle bande.Massa efficace, tensore di massa efficace. 

2.Proprietà magnetiche e superconduttive (ore lezione 20)
Hamiltoniana di spin nel modello di Heisenberg. Interazione magnetica in un gas d' elettroni liberi. Suscettività diamagnetica. Paramagnetismo.
Equazione del paramagnetismo di Langevin e legge di Curie. Origine dei momenti magnetici permanenti. Ordinamento ferromagnetico, antiferromagnetico, ferrimagnetico. Campo molecolare di Weiss. Interazione di scambio.  Domini magnetici.  Dinamica delle pareti di Bloch, perdita magnetica in regime di magnetizzazione ciclica. Transizioni di fase, legge di Curie-Weiss, Magnetizzazione a saturazione e sua dipendenza termica, Onde di spin e magnoni.
Proprietà magnetiche di un superconduttore. Effetto Meissner. Origine delle correnti persistenti, Curva di magnetizzazione. Parametri critici, Campo critico, Superconduttori del I e del II tipo, Termodinamica della trasformazione di fase normale/superconduttore, Equazioni di London e di Pippard. Quantizzazione del flusso, Effetto Josephson dc e ac e applicazioni metrologiche.

3.Metodi statistici  (ore lezione 08)
Fondamenti di meccanica statistica. Metodi approssimati. Principi variazionali, Sistemi fermionici. Paramagnetismo di Pauli.
Magnetizzazione spontanea. Approssimazioni di Bragg –Williams e di Bethe-Peierls.
Fenomeni critici: parametro d’ordine; funzione di correlazione; teorema di fluttuazione-dissipazione. Esponenti critici; invarianza di scala. Applicazione allo studio  della transizione tra le fasi superconduttiva e normale di un superconduttore.

 

1.Crystal structure and elettronic bands in solids  (20 hours)
The crystal and reciprocal lattice, main simmetry elements. X rays diffraction. The Von Laue theory and experimental techniques of diffraction. The geometrical structure factor and the atomic form factor.  Wigner-Seitz primitive cell. The Ewald construction.
The Drude model. Thermal and electrical conductivity of the electrons in a metal. The Hall effect and magnetoresistance. The Sommerfield model for the electrons in solids.
Electronic transport in a crystal lattice. Electrons in a weak periodic potential. Energy bands structure. The Bloch’s theorem and related general remarks. Energy levels near a single Bragg plane. Energy bands in one dimension. Methods for calculating band structure (short account).
The tight binding method. Semiclassical model for the electron dynamics in the energy bands, The effective mass and the effctive mass tensor.

2.Magnetic and superconductive properties  (20 hours)
The Spin Hamiltonian  in the  Heisenberg model. Magnetic interaction in a free elelctronic gas. The diamagnetic susceptibility. The paramagnetism. The equation of the Langevin’s paramagnetism and Curie law. The origin of the permanent magnetic moments of the electrons in a ferromagnetic solid. The ferromagnetic, antiferromagnetic, ferrimagnetic order, The Weiss’s molecular field. Electron exchange interaction, The magnetic domains. Bloch walls dinamic, the magnetic loss in a  cyclic magnetization regime. The phase transition from ferromagnetic to paramagnetic order. The Curie -Weiss law. The temperature dependence of the saturation’s  magnetization. Spin  waves and magnons.
Magnetic proiperties of a superconductor. The Meissner effect. Persistent surface  supercurrents. The magnetization curve. Critical parameters.Critical field. Type I and type II superconductors. Thermodinamics of the normal/superconductive transition. London ad Pippard equations. The flux quantization. DC and AC Josephson effect, application to the electrical metrology.

3.Statistical methods (08 hours)
Fundaments of statistical mechanics. Approximation methods. Variational principles, Fermionic systems. The Pauli paramagnetism.
Spontaneous magnetization. The Bragg-Williams and the Bethe- Peierls transformation.
Critical phenomena, order parameters, correlation function, fluctuation-dissipation theorem. Critical exponents. Scale unvariance. Application to the study of the transition from the superconductive to the normal state of a superconductor.

 

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

N.W. Ascroft, N.D. Mermin “Solid State Physics” Ed. Academic Press C. Kittel, “Introduzione alla fisica dello stato solido” Ed Boringhieri, Torino G. Burns “Solid State Physics” Ed Academic Press J.M. Ziman “I principi della teoria dei Solidi” Ed Tamburini L. Lanotte “Elementi di Fisica della Materia”Liguori Editore –Napoli F. Fumi “Fisica dello Stato Solido” Cuen srl 2003 Napoli K. Huang “Meccanica Statistica” Ed Zanichelli



Oggetto:

Note

Frequenza: facoltativa. Valutazione: esame orale.

Oggetto:

Moduli didattici

Oggetto:
Ultimo aggiornamento: 01/08/2014 09:16
Location: https://fisica-sc.campusnet.unito.it/robots.html
Non cliccare qui!