FISICA DELLO STATO SOLIDO

Complementi di Fisica della Materia Condensata
Programma AA 2015-16
Testi
AM:
BG:
BJ:
GPP:
Ma:
Ashcroft-Mermin: "Solid State Physics"
Bassani-Grassano, “Fisica dello Stato Solido”
Bransden-Joachain, “Physics of atoms and molecoles”
Grosso-Pastori-Parravicini: "Solid State Physics"
Madelung: "Introduction to Solid State Theory"
(NB: I testi non disponibili in biblioteca possono esseri presi in prestito dal Prof. Evangelisti
per fare fotocopie)
Struttura elettronica di alcuni sistemi solidi.
Solidi di gas rari come esempio di solidi molecolari. Alogenuri alcalini come esempio di solidi
ionici. Bande di sistemi II-VI, III-V, covalenti. Energia interna, pressione e compressibilità di
un gas di elettroni. Bande e superficie di Fermi dei metalli alcalini, metalli nobili, metalli
semplici bivalenti e trivalenti; metalli di transizione.
[AM Cap 15; GPP: Cap VI (escluso il calcolo della costante di Madelung)]
Proprietà di trasporto:
Richiami modello di Drude. Equazioni semiclassiche del moto. Equazione del trasporto di
Boltzmann. Termine collisionale e probabilità di scattering. Equazione di Boltzmann
linearizzata. Approssimazione del tempo di rilassamento. Conducibilita' elettrica
nell’approssimazione del tempo di rilassamento: campo costante e campo alternato.
Conducibilità nei semiconduttori mediante l’equazione di Boltzmann. Corrente di carica e di
energia in presenza di gradienti del potenziale chimico e della temperatura. Coefficienti
cinetici. Potere termoelettrico e conducibilità termica degli elettroni. Legge di WiedemanFranz. Effetto Seebeck. Corrente di diffusione e relazioni di Einstein. Equazione di continuita'
e termini di generazione e ricombinazione. Tempo di ricombinazione e lunghezza di
diffusione. Applicazione alla giunzione p-n in condizioni di non equilibrio. Calcolo della
corrente di saturazione inversa. Cenni sulla giunzione metallo-semiconduttore e sul
transistor bipolare. Interazione elettrone - fonone. Elementi di matrice e regole di selezione.
[AM Cap.1, 2, 13, 16, 29; GPP: Cap XI Par 3, 4.1,4.2, 6, Cap XIV Par 1, 2, 3; Ma: Cap.4-par.4.1.1,
4.1.2]
Proprieta' ottiche dei solidi
Equazioni di Maxwell nei solidi. Costante dielettrica complessa e suo significato. Coefficiente
di assorbimento e riflessione. Teoria di Drude delle proprietà ottiche di cariche libere.
Oscillazioni di Plasma. Modello classico per la costante dielettrica. Transizioni interbanda:
transizioni dirette. Contributo al coefficiente di assorbimento e alla costante dielettrica.
Densita' congiunta degli stati, punti critici. Funzione dielettrica del Ge e della grafite.
Transizioni interbanda indirette. Cenni sull’assorbimento a due fotoni e sullo scattering
Raman. Assorbimento da livelli di impurezze. Effetti eccitonici. Assorbimento da fononi ottici.
Effetti eccitonici. Relazioni di Kramers Kronig. Oscillatore di Lorentz. Celle solari.
[GPP: Cap II par 7; Cap XI-par 1 e 2; CapXII-par 1.1, 2, 3, 4, 5; BG Cap. 12 par. 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8,
10, 11; AM: Cap 1; Ma: Cap. 6-par 6.3.1, 6.3.2, 6.3.4]
Effetti di campo magnetico.
Moto di elettroni liberi e di elettroni di Bloch in campo magnetico. Trattazione quantistica per
l’elettrone libero. Degenerazione e riempimento dei livelli di Landau. Oscillazioni del livello di
Fermi. Moto di un elettrone libero in campo magnetico ed elettrico perpendicolari:
trattazione classica e quantistica. Effetto Hall classico. Fenomenologia dell’effetto Hall
quantistico. Risonanza di ciclotrone. Massa efficace di ciclotrone.
[AM; Cap. 1; Cap 12; Cap 14; Cap 28 (pag 570-572); GPP: Cap XV; Appunti]
Proprieta' magnetiche della materia.
Suscettività magnetica di portatori liberi ed effetto de Haas-van Alphen. Paramagnetismo di
Pauli. Correzioni all’energia per gli elettroni legati. Diamagnetismo di Larmor. Origine del
momento magnetico atomico, regole di Hund. Legge di Curie del paramagnetismo.
"Quenching" del momento angolare. Paramagnetismo di Van Vleck. Teoria di campo medio
del ferromagnetismo: modello di Weiss. Magnetizzazione e suscettività magnetica
nell’intorno del punto critico. Legge di Curie-Weiss. Valori di temperatura critica nelle
sostanze ferromagnetiche e confronto con l’interazione dipolo-dipolo. Ferromagnetismo,
interazione di scambio e modello di Heisemberg. Interpretazione microscopica del campo di
Weiss. Interazione dipolare e domini magnetici.
[AM: Cap. 31, 32(parte) e 33 (parte); GPP: Cap XV; Cap XVI-par 1,2,3,4; Cap XVII-par 1, 2
(parte)]
Risonanza magnetica.
Precessione classica di un momento di dipolo magnetico. Moto del momento angolare nel
sistema ruotante e condizione di risonanza. Equazioni di Bloch per la risonanza magnetica.
Trattazione quantistica della risonanza magnetica di spin. Formula di Rabi. Effetti legati al
fattore giromagnetico e all’interazione iperfine negli spettri di risonanza magnetica di spin.
Risonanza magnetica nucleare. “Chemical shift” e interazione spin-spin.
[BJ Par 14.1; Appunti]