Programma Fisica dello Stato Solido BOZZ

Universita’ di Napoli “Federico II”, Facolta’ di Ingegneria
Laurea Magistrale in Elettronica
Programma Fisica dello Stato Solido, Prof. Ruggero Vaglio
a.a. 2016/2017
1) Cenni di meccanica quantistica1
La natura ondulatoria della materia e il modello atomico di Bohr. La teoria quantistica di Schroedinger e la
funzione d’onda. L’atomo di idrogeno. Atomi complessi.
2) Energia di coesione nei solidi e strutture cristalline 2
Interazione di Van der Waals e potenziale di Lennard-Jones. Legami ionici. Modulo di Young e dilatazione
termica Legami covalenti e e legame metallo.. Descrizione delle strutture cristalline.
3) Diffrazione raggi X e altre tecniche di analisi della struttura dei solidi2
Produzione dei raggi X e configurazioni sperimentali. Condizioni di diffrazione di Laue e reticolo reciproco.
Fattori di struttura della base ed atomici. Dipendenza dalla temperatura e dalla dimensione dei cristalli
dell’intensita’ di diffrazione. Altre tecniche di indagine strutturale : microscopia elettronica, microscopia a
forza atomica (AFM).
4) Il modello ad elettroni liberi per i metalli 2
Elettroni liberi. Energia di Fermi e densità degli stati. Funzione di Fermi, effetto termoionico e capacità
termica elettronica. Modello di Drude e frequenza di plasma. Potenziali di contatto. Effetto Seebek e altri
effetti termoelettrici. Conduttivita’ termica elettronica.
5) Vibrazioni reticolari, fononi e meccanismi di scattering 2
Modi normali di vibrazione per un cristallo unidimensionale. Modello di Debye. Fononi. Capacità termica
fononica. Scattering fonone-fonone e conduttivita’ termica fononica. Scattering elettrone-fonone e
dipendenza dalla temperatura della conduttività elettrica dei metalli.
6) Elettroni in un potenziale periodico e bande di energia 2-3
Screening di Thomas-Fermi e transizione di Mott. Origine delle bande di energia. Effetto di un debole
potenziale periodico sugli elettroni liberi e gap di energia. Massa efficace. Il concetto di lacuna. Struttura a
bande Superfici di Fermi complesse e densita’ di stati. Spettroscopia ad effetto tunnel (STM). Risonanza di
ciclotrone.
7) Semiconduttori 2-3
Semiconduttori intrinseci. Dipendenza dalla temperatura della conduttivita’ e della mobilita’. Semiconduttori
estrinseci. Effetto Hall.
8) Cenni alle proprietà ottiche ed ai dispositivi a semiconduttore 2,3,4
Proprieta’ ottiche di metalli e isolanti. Proprieta’ ottiche dei semiconduttori e band-gap diretta ed indiretta.
Eccitoni. Giunzioni e band-engineering nei semiconduttori. Eterostrutture e quantm wells.
9) Magnetismo2,5,6
Proprieta’ magnetiche degli atomi. Regole di Hund. Magnetismo dei metalli di transizione e delle terre rare.
Paramagnetismo dei sistemi di ioni liberi. Modello di Weiss del ferromagnetismo. Paramagnetismo e
ferromagnetismo di Pauli. Domini magnetici.. Antiferromagnetismo. Diamagnetismo di Langevin. Onde di
spin e magnoni.
10) Superconduttivita’ 2,3,7,8
Cenni storici e teorie fenomenologiche. Interpretazione quantistica del parametro d’ordine e teoria BCS.
Materiali superconduttori classici e “strong coupling”. Superconduttori ad alta Tc e altri superconduttori
innovativi . L’effetto Josephson.Superconduttivita’alle alte frequenze. Applicazioni dei superconduttori.
Testi consigliati: Vaglio, Elementi di fisica dello stato solido per ingegneria, II Edizione,Liguori, 2014
1. Lanotte, Elementi di Fisica della Materia, Liguori, 1995
2. Kittel , Introduction to Solid State Physics, John Wiley and Sons, 1971
3. Ibach e Luth, Solid State Physics, Springer 1995
4. F.Brennan , The physics of semiconductors , Cambridge, 1999
5. Crangle , The Magnetic Properties of Solids , Clarendon Press, 1982
6. Coey, Magnetism and magnetic materials, Cambridge, 2010
7. Tinkham, Introduction to Superconductivity, McGraw-Hill, 1996
8. Barone e Paterno’, Physics and applications of the Josephson effect, Wiley, 1982