CORSO DI FISICA DELLA MATERIA CONDENSATA PER IL CDL MAGISTRALE IN FISICA
Programma previsto per l'AA 2024-2025

Il corso si pone l'obiettivo di applicare i metodi della meccanica 
quantistica alla descrizione delle proprieta' fondamentali 
della materia solida.

Credito Formativo 8 

Docente : Professoressa Paola Gallo 
paola.gallo@uniroma3.it 

Esercitatrice : Professoressa Laura Lupi
laura.lupi@uniroma3.it

PROGRAMMA  DETTAGLIATO  per argomenti e con riferimento ai capitoli 
ed ai paragrafi del libro GPP che trattano gli argomenti svolti a lezione
e, per alcune parti di programma, ad altri testi consigliati AM e KIT
o ad appunti e presentazioni del docente messi in rete. Le numerazioni
dei paragrafi del GPP si riferiscono all'edizione 2014..

TESTO DEL CORSO: 
(GPP) GROSSO, PASTORI PARRAVICINI; Solid State Physics.
ALTRI TESTI:
(AM)  ASHCROFT, MERMIN; Solid State Physics.
(KIT) KITTEL; Introduzione alla fisica dello stato solido.


PANORAMICA SULLA FISICA DELLA MATERIA CONDENSATA

(Materiale didattico in rete appunti e figure)

DESCRIZIONE GEOMETRICA DEI CRISTALLI

- Reticoli di Bravais in 2 e 3 dim. e reticoli con base
- Descrizione geometrica di strutture cristalline di cristalli di interesse
- Celle primitive di Wigner-Seitz
- Il reticolo reciproco
- Piani e direzioni del reticolo di Bravais
- Zone di Brillouin

(GPP cap. 2 par 2.1, 2.2 wurzite esclusa, 2.3, 2.4, 2.5 e figure in rete)

DETERMINAZIONE DI STRUTTURE CRISTALLINE DA DIFFRAZIONE DI RAGGI X

- Scattering elastico di particelle da cristalli
- Scattering elastico di raggi X : approssimazione di Thompson
- Condizione di diffrazione di von Laue e di Bragg e loro equivalenza
- Costruzione di Ewald e metodi di scattering

(GPP cap. 10 par. 10.1 (solo scattering elastico), 10.2 (esclusa la parte
di elettrodinamica eq.s 10.3-10.5a) e solo fino a 10.2.1 incluso
e figure in rete)

QUASICRISTALLI

(In rete appunti, figure e lavoro del Nobel)
CLASSIFICAZIONE DEI SOLIDI CRISTALLINI E LEGAMI

- Introduzione
- Cristalli Molecolari, Potenziale Lennard Jones ed Energia di coesione
- Cristalli Ionici, Energia di Madelung e costante di Madelung
- Cristalli covalenti, metalli e solidi a legame idrogeno

(KIT cap 3 fino al legame idrogeno compreso ed escludendo
il calcolo dell'interazione di van der Waals (appunti in rete)
e figure in rete.)

APPROSSIMAZIONE ADIABATICA DI BORN-OPPENHEIMER

- Sistemi elettronici e nucleari ed energia potenziale adiabatica
- Dinamica nucleare in approssimazione armonica

(GPP Cap.8 par.8.1 e 8.2.1)

DINAMICA RETICOLARE DI CRISTALLI

- Catena lineare monoatomica 
- Catena lineare monoatomica con interazioni a primi vicini
- Catena lineare biatomica con interazioni a primi vicini
- Proprieta' vibrazionali di un solido tridimensionale
- Matrice dinamica in tre dimensioni e frequenze fononiche
- Esempi illustrativi di branche fononiche 
- Teoria quantistica del cristallo armonico per la catena monoatomica 
- Energia totale quantistica in 3 dimensioni e statistica di Bose-Einstein
- Calore specifico reticolare
- Andamento classico ad alta T (Dulong Petit)
- Modello di Einstein
- Modello di Debye

(GPP Cap.9 par. 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 e 9.5 e figure in rete)

SCATTERING ANELASICO DI PARTICELLE DA CRISTALLI

- Scattering anelastico di particelle e fotoni
- Scattering di neutroni
(GPP Cap.10 par. 10.4, 10.5, 10.6.1 solo fino alla definizione del 
Debye-Waller factor e poi discussione qualitativa
delle formule 10.60 e 10.61. Si vedano anche nella sezione
materiale gli spettri pubblicati
negli articoli dei premi nobel (tre articoli).)

ELETTRONI IN POTENZIALI PERIODICI

- Teorema di Bloch in una ed in tre dimensioni
- Tight binding in una dimensione
- Elettrone quasilibero in una dimensione
- Aspetti dinamici della teoria a bande in 1DIM e 3DIM
- Densita' degli stati 3DIM e punti critici(cenni)

(GPP Cap. 1 par. 1.1, 1.4, 1.5.1, 1.6 (solo il primo ed il terzo 
sottoparagrafo), 2.6.1, 2.6.2, 2.6.3, 2.7 (esclusi i sottoparagrafi).
Si vedano per il Teorema di Bloch 1dim e 3dim gli appunti in rete 
oppure AM Teorema di Bloch nel cap.8)

TEORIA DI SOMMERFELD DELL'ELETTRONE LIBERO NEI METALLI
- Teoria quantistica dell'elettrone libero
- Distribuzione di Fermi Dirac e potenziale chimico
- Calore specifico nei metalli

(GPP Cap. 3 par 3.1, 3.2 Saltando l'espansione di Sommerfeld, 3.3 ripasso)

APPROSSIMAZIONE DI ELETTRONE SINGOLO

- Equazioni di Hartree
- Determinante di Slater
- Equazioni di Hartree-Fock
- Energia dello stato fondamentale 
- Energia di ionizzazione (teorema di Koopmans)

(GPP Cap. 4 par. 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 solo il primo sottoparagrafo,
4.5.1, 4.5.2 solo primo e secondo sottopraragrafo).

TEORIA A BANDE NEI CRISTALLI


- Modello del Tight Binding
- Elettrone quasilibero
- Esempi di bande di cristalli selezionati

(GPP Cap. 5 par. 5.1, 5.2.1, 5.2.2, e figure in rete, 
AM cap. 9 esclusi gli ultimi due paragrafi,
cap.6 solo al livello qualitativo, si vedano anche le figure in rete: 
par 6.1.1, 6.2.2 solo l'introduzione, 6.3,6.4)

TRASPORTO NEI METALLI

- Modello di Drude per la conduzione nei metalli
- Effetto Hall e magnetoresistenza
- Richiami alla teoria del trasporto semiclassica gia' introdotta

(AM Cap 1 fino alla magnetoresistenza inclusa )

TRASPORTO NEI SEMICONDUTTORI INTRINSECI E DROGATI OMOGENEAMENTE

- Livello di Fermi e densita' di portatori in semiconduttori intrinseci
- Livelli di impurezza (sueprficiali) in semiconduttori
- Livello di Fermi e densita' di portatori in semiconduttori drogati
- Correnti di Drift e di diffusione

(GPP cap 13 par.13.1, 13.2 solo a partire dall'hamiltoniano idrogenoide,
compresa la figura 13.4 ed escluso l'ultimo sottoparagrafo, 13.3,
13.4.1)


TRASPORTO IN SEMICONDUTTORI INOMOGENEI


- Giunzione p-n all'equilibrio
- Caratteristica corrente tensione della giunzione p-n

(GPP cap 14 par 14.1 escluso l'ultimo sottoparagrafo e AM cap 29 par 3)

INTRODUZIONE ALLA SUPERCONDUTTIVITA'

(Materiale online)

INTRODUZIONE AI LIQUIDI E ALLA MATERIA SOFFICE

(Materiale online)