PROGRAMMA DI FISICA dello STATO SOLIDO
Corso di Laurea Magistarle in Ingegneria Elettronica A.A. 2015/16
Prof. Francesco Tafuri
Equazioni differenziali alle derivate parziali in Fisica (4 ore)
•La corda tesa: equazione delle onde. Risoluzione col metodo della separazione
delle variabili e serie di Fourier. Modi normali. Autovalori.
•Elettrostatica: equazioni di Poisson e Laplace. Esempi di risoluzione col metodo
della separazione delle variabili.
•Equazione di diffusione e di conduzione del calore. Risoluzione in termini di
trasformate di Fourier. (B)
Meccanica quantistica (16 ore)
•Origini della meccanica quantistica, quanti di radiazione, effetto fotoelettrico,
cenni su effetto Compton, onde associate agli elettroni e meccanica
ondulatoria, relazione di De Broglie, cenni su riflessione di Bragg (ER cap. 2)
•Funzione d'onda di un elettrone e pacchetto d'onda (ER cap. 3)
•Principio di indeterminazione (ER cap. 3)
•Dualismo onda-particella. (ER cap. 3)
•Equazione di Schroedinger, criteri di plausibilità (ER cap.5)
•Particella in una scatola a pareti infinite: quantizzazione dell'energia (ER cap. 6)
•Particella in una buca di potenziale finita. Valore di aspettazione. Effetto tunnel
(ER cap. 6)
•Particelle identiche e principio di esclusione (ER cap. 9)
•Statistiche di Bose-Einstein e Fermi-Dirac, derivazione fenomenologia (ER cap.
11)
•Atomo di idrogeno, funzione d’onda dell’atomo di idrogeno, numeri atomici,
tavola periodica degli elementi (ER, T, RKC cap.14 e 15).
Fisica dello stato solido: (30 ore)
•Impostazione generale dei problemi di stato solido. Concetto di simmetria, ordine
e coerenza, difetti. Transizioni di fase, energie e potenziali. Misure
caratterizzanti
•Approccio classico al problema conduzione elettrica nei solidi: teoria di Drude ,
il problema dell'elettrone libero, densità di stati, dinamica di un gas di elettroni
liberi, conduttività elettrica in dc, effetto hall, magnetoresistenza, conduttività
elettrica in ac, conduttività termica, effetto termoelettrici, effetto Hall,
propagazione nei metalli (esercitazione con simulazioni) (AM, cap.1)
•Dinamica di elettroni liberi quantistici, modello di Sommerfeld (esercitazione con
simulazioni) (AM, cap. 2)
•Solidi cristallini; Periodicità di un cristallo. Esempi di reticoli. Determinazione
della struttura cristallina tramite diffrazione X ( legge di Bragg) (AM cap. 4)
•Elettroni in un potenziale periodico (K cap 7)
•Livelli di energia in un solido cristallino. Concetto di banda e di gap. Teorema di
Bloch Energia di Fermi (esercitazione con simulazioni) (K cap. 7)
•Teoria semiclassica della conduzione nei metalli, confronto fra modello di Bloch
e Sommerfeld
•Metalli. Semiconduttori. Superconduttori; Concetto di buca (AM cap. 12 ed
appunti)
•Scattering ed equazione cinetica , cenni sul problema generale del trasporto, Oltre
l'approssimazione di elettroni indipendenti (AM cap 13 ed appunti)
•Meccanismi fisici di trasporto in semiconduttori non omogenei. Densità di
portatori all'equilibrio termico. Giunzione p-n. Correnti di drift e di
diffusione.(S cap 3)
•Tecniche di fabbricazione di dispositivi elettronici, crescita
•Elementi di superconduttività; Dispositivi con superconduttori, esempio di effetto
tunnel
Esercitazioni di laboratorio (4 ore): tecniche di deposizione di film sottili,
fabbricazione di giunzioni (litografia e attacchi selettivi), caratterizzazione delle
proprietà di trasporto di giunzioni
Testi consigliati:
Butkov "Mathematical Physics", Wiley ed. (B)
Paul A. Tipler, “Corso di Fisica: Fisica Moderna, vol.3”, (Casa Editrice Zanichelli) (T)
Robert Eisberg- Robert Resnick “Quantum Physics” (John Wiley and Sons, Editor) (ER)
Neil W. Ashcroft and N.David Mermin, “Solid State Physics” (HRW International Edition) (AM)
F. Richtmyer, E. Kennard, J. Cooper, “Introduction to Modern Physics” (TMH Edition) (RKC)
C. Kittel, ““Introduction to Solid State Physics” (John Wiley and Sons, Editor) (K)
J. Singh “Semicondutor Devices” (McGraw-Hill) (S)
Modalità di accertamento del profitto: Colloquio orale.
