Programma e bibliografia del corso di Fisica della Materia (a.a. 2011/12).
SSD FIS/03

Si suggerisce di fare riferimento anche ai lucidi delle lezioni per integrare la bibliografia. Si veda la pagina principale del corso per i link.
I lucidi non sostituiscono la bibliografia consigliata.
Per le parti di programma ancora non svolte la bibliografia è orientativa e sarà resa definitiva dopo lo svolgimento delle rispettive lezioni.
0. Richiami sulle onde

Equazione delle onde; rappresentazione complessa; interferenza; onde stazionarie; battimenti; diffrazione; pacchetti d'onda; velocità di fase e di gruppo; onde elettromagnetiche; fenditura, doppia fenditura, reticolo di diffrazione.
Riferimenti: un qualunque testo di Fisica Generale, ad esempio [MNV].

1. Fondamenti di Meccanica Quantistica

1.1 Esperimenti base della Meccanica Quantistica e conseguenze concettuali.
Effetto fotoelettrico; effetto Compton; spettri discreti di emissione e assorbimento; esperimento di Davisson e Germer (diffusione di elettroni); la doppia fenditura per elettroni singoli.
Modello atomico di Bohr; onde di De Broglie; principio di indeterminazione; postulato della funzione d'onda; interpretazione probabilistica.
[HW] 5.1, 5.3, 5.4, 6.5, 6.6, 7 (tutto), 8.1, 8.2, 8.3, 8.4
[MNV] 15 (a eccezione di 15.2 e 15.3)

Ulteriori integrazioni:
[HRWm] 39 (tutto)

1.2 Elementi di Meccanica Quantistica.
Equazione di Schroedinger; proprietà della funzione d'onda; postulati della meccanica quantistica; osservabili, operatori e loro proprietà; misura in MQ; stati stazionari;
[Sch] 2.1 (postulati della MQ); cap. 4 (operatori e loro proprietà); cap. 6.
[Gr] 1.4, 1.5, 2.1
[G] parte prima, capp. 15, 16 (stati stazionari)

1.3 Casi notevoli.
Buca squadrata infinita. [Gr] 2.2, [G] parte seconda, par. 2.1, [Sch] 3.3, 7.2 (attenzione alla differente origine delle x), [P] cap.13, pp.419-424.
Buca bidimensionale: degenerazione. [G] parte seconda, par. 2.4
Barriera: effetto tunnel. Stati di diffusione. Doppia buca: sistemi a due livelli. [G] parte seconda, cap. 5
Cenni ai potenziali a gradino e alla buca di altezza finita.

1.4 Ulteriori gradi di libertà.
Particelle identiche. Momento angolare. Esperienza di Einstein-de Haas. Esperienza di Stern-Gerlach. Spin. Atomo di idrogeno. Modello di Kronig e Penney.
[Gr] 5.1 (Particelle identiche), 4.3 (momento angolare), 4.1.
[G] parte terza, Cap. 1, 1.1, 1.2 (momento angolare, esperienza di Stern-Gerlach, spin)
[MF] AM (esperienza di Stern-Gerlach)
[DH] SG (esperienza di Stern-Gerlach)
[HRWm] 41.2, 41.3, 41.4, 41.5 (esperienza di Einstein-de Haas, momenti angolari)
[HW] 10.3, 10.4 (atomo idrogenoide)
[GP] cap I par. 2 (modello di Kronig e Penney)


 2. Elementi di Meccanica Statistica e di Fisica dei cristalli

2.1 Meccanica statistica
Il problema statistico. Densità degli stati. Microstati e macrostati. Entropia di Boltzmann. Richiami di termodinamica. Equilibrio termodinamico. Funzioni di distribuzione. Derivazione della distribuzione di Fermi-Dirac. Funzioni di Boltzmann, Bose-Einstein, Fermi-Dirac. Limite classico. Capacità termica di un gas di oscillatori classici.
Appunti del corso; stessi argomenti anche su [CS].

2.2 Strutture cristalline.
Solidi cristallini. Reticolo reciproco. [R] 1.1-1.4, 1.7, 1.8.7
Diffrazione da cristallo. [AM] cap.6 pp. 95-99 oppure lucidi delle lezioni
Solidi: legami. [R] 2.5

2.3 Vibrazioni reticolari e fononi.
Vibrazioni reticolari: catena monoatomica e biatomica. Fononi. [R] cap. 6
Densità degli stati fononica. Approssimazione di Debye. [R] parr. 7.1, 7.2 (oppure appunti del corso)
Capacità termica di N oscillatori classici. Appunti del corso.
Capacità termica del reticolo. Espansione termica. [R] parr. 7.3.1, 7.4

3. Elettroni in strutture periodiche.

Elettrone indipendente. Elettrone libero. Capacità termica elettronica. Emissione termoionica. [IL] parr. 6.0, 6.2, 6.4, 6.6 (oppure dispensa distribuita a lezione)
Introduzione agli elettroni di cristallo: trattazione elementare delle bande di energia. Conduttori, isolanti, semiconduttori. [CC] parr. 1.1.1, 1.1.2, 1.1.3 (richiamo), 1.1.5, 1.1.6, 1.1.7
Teorema di Bloch e implicazioni. Elettrone quasi libero. Elettrone fortemente legato (Tight binding). [IL] parr. 7.1, 7.2, 7.3 (oppure dispensa distribuita a lezione)
Esempi di strutture a bande. Zone di Brillouin e superfici di Fermi in 2D e 3D. Densità degli stati. [IL] parr. 7.4, 7.5 (oppure dispensa distribuita a lezione); [R] parr. 4.3, 4.4
Dinamica in banda: massa efficace, lacune, corrente. [IL] parr. 9.1, 9.2 (oppure dispensa distribuita a lezione)
Equazione del trasporto, approssimazione del tempo di rilassamento. Conducibilità dc; dipendenza dalla temperatura. [IL] parr. 9.4, 9.5 (oppure dispensa distribuita a lezione)


4. Semiconduttori. (*)

Semiconduttori. Generalità. Semiconduttori non degeneri.
Proprietà di equilibrio: densità degli stati efficace, livello di Fermi, azione di massa.
Semiconduttori drogati. Densità dei portatori e del livello di Fermi (potenziale chimico) in semiconduttori drogati.
Conducibilità e mobilità. Dipendenza dalla temperatura.
Distribuzione di portatori di nonequilibrio: corrente di drift e di diffusione. Relazioni di Einstein. Generazione e ricombinazione di coppie: equazioni di continuità.
Equazione della diffusione. Lunghezza di diffusione.

(*) bibliografia e programma ancora non definitivi
[R] parr. 8.1-8.6
[IL] parr. 12.1, 12.3, 12.4, 12.5 oppure [dispensa] distribuita a lezione.
[GP] parr. 11.6.1; 13.5.1; 13.5.2; 13.6 Example 1


Bibliografia:

La bibliografia fornita non comporta la necessità di consultare tutti i testi. Di alcuni argomenti vengono riportate più trattazioni equivalenti.

I testi indicati sono tutti:

(B) accessibili in biblioteca
(A) scaricabili in formato elettronico, solo attraverso la rete di Ateneo.
(F) scaricabili in formato elettronico, liberamente.

[Gr] (B)
D. J. Griffiths, "Introduzione alla Meccanica Quantistica", Casa Editrice Ambrosiana. Traduzione italiana di "Introduction to Quantum Mechanics", Prentice Hall.

[MNV] (B)
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, "Fondamenti di Fisica-Onde", seconda ed., Casa Editrice EDISES.

[MNVEM] (B)
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, "Fisica-Elettromagnetismo", seconda ed., Casa Editrice EDISES.

[Sch] (F)
E. F. Schubert, "Physical Foundations of Solid State Devices"

[HRWm] (B)
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Fondamenti di Fisica-Fisica Moderna", quinta ed., Casa Editrice Ambrosiana.

[HW] (A)
H. Haken, H.C. Wolf, "The Physics of Atoms and Quanta - Introduction to Experiments and Theory", 7th revised edition, Springer Berlin Heidelberg, 2005.
ISBN 978-3-540-20807-5 (Print) 978-3-540-29281-4 (Online)

[P] (A)
H. J. Pain, "The Physics of Vibrations and Waves", 7th edition, John Wiley and Sons, 2005.

[G] (F)
F. Gori, "Introduzione alla Meccanica Quantistica"

[MF] (F)
Lezioni di Michael Fowler alla University of Virginia.
AM: "Angular Momentum, electron spin and the periodic table".

[DH] (F)
Lezioni di David Harrison alla University of Toronto.
SG: "The Stern-Gerlach Experiment, Electron Spin, and Correlation Experiments".

[M1] (B)
R. Marcon, "Introduzione all'Elettromagnetismo", Vol. I, Casa Editrice CISU.

[M2] (B)
R. Marcon, "Introduzione all'Elettromagnetismo", Vol. II, Casa Editrice CISU.

[MP] (B)
R. Marcon, "Proprietà Elettromagnetiche della Materia - Guida alle Lezioni", Casa Editrice CISU.

[CS] (A)
D. Chowdhury, D. Stauffer, "Principles of Equilibrium Statistical Mechanics", Wiley

[K] (B)
C. Kittel, "Introduzione alla Fisica dello Stato Solido", Casa Editrice Ambrosiana.

[R] (A)
M. Razeghi, "Fundamentals of solid state engineering", Kluwer Academic Publishers, 2002.

[CC] (A)
J. P. Colinge, C. A. Colinge, "Physics of semiconductor devices", Kluwer Academic Publishers, 2002.

[GP] (A)
G. Grosso, G. Pastori Parravicini, "Solid State Physics", Elsevier, 2000.

[IL] (B)
H. Ibach, H. Lüth, "Solid State Physics", 4th edition, Springer.

[AM] (B)
N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, "Solid State Physics", HRW International Editions.

[T] (F)
Lezioni di E. Tsymbal alla University of Nebraska-Lincoln:
8. "Electron Transport"
9. "Energy Bands"