Programma e bibliografia del corso di Fisica della Materia (a.a. 2013/14).
SSD FIS/03

La bibliografia della Parte I è particolarmente estesa e va intesa come una selezione di testi su cui eventualmente arricchire la preparazione. Si suggerisce di fare riferimento ai lucidi delle lezioni e alle dispense (si veda la pagina principale del corso per i link.) come guida al livello di approfondimento richiesto.
Parte I - Fondamenti e strumenti

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

1.4 Ulteriori gradi di libertà.
Momento angolare. Esperienza di Einstein-de Haas. Esperienza di Stern-Gerlach. Spin. Particelle identiche. Cenni all'atomo di idrogeno. Numeri quantici e tavola periodica. Rimozione delle degenerazioni.
[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)

 2. Elementi di Meccanica Statistica e di Fisica dei Solidi con alcune applicazioni.

2.1 Meccanica statistica
Il problema statistico. Densità degli stati. Microstati e macrostati. Entropia di Boltzmann. Richiami di termodinamica. Equilibrio termodinamico. Funzioni di distribuzione. Cenno alla derivazione della distribuzione di Fermi-Dirac. Funzioni di Boltzmann, Bose-Einstein, Fermi-Dirac. Limite classico.
[dispense]; stessi argomenti anche su [CS].

2.2 Proprietà termiche.
Capacità termica di un gas monoatomico. Capacità termica di un gas di oscillatori classici. Capacità termica di un gas di elettroni.
[dispense]; stessi argomenti anche su [CS].

2.3 Magnetismo
Precessione di Larmor. Diamagnetismo classico. Magnetismo di un sistema a due stati classico: paramagnetismo di Langevin. Magnetismo per un sistema di fermioni: paramagnetismo di Pauli (cenni).
Ferromagnetismo. Interazione di scambio e dipolare. Domini di Weiss, pareti di Bloch. Ciclo di isteresi.
[dispensa]
[M2] 19.1 (a eccezione del potenziale vettore), 19.3, 19.7, problema 19.8
[MP] cap.8

2.4 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

2.5 Vibrazioni reticolari e fononi.
Vibrazioni reticolari: catena monoatomica e biatomica. Fononi. [R] cap. 6
Densità degli stati fononica. Approssimazione di Debye. [R] 7.1, 7.2 (oppure dispensa)
Capacità termica del reticolo. Espansione termica. [R] 7.3.1, 7.4

Parte II - Proprietà elettroniche

3. Elettroni in strutture periodiche.

Elettrone indipendente. Elettrone libero. Capacità termica elettronica. Emissione termoionica. [IL] 6.0, 6.2, 6.4, 6.6
Teorema di Bloch e implicazioni. Elettrone quasi libero. Elettrone fortemente legato (Tight binding). [IL] 7.1, 7.2, 7.3
Esempi di strutture a bande. Zone di Brillouin e superfici di Fermi in 2D e 3D. Densità degli stati. [IL] 7.4, 7.5; [R] 4.3, 4.4
Dinamica in banda: massa efficace, lacune, corrente. [IL] 9.1, 9.2
Equazione del trasporto, approssimazione del tempo di rilassamento. Conducibilità dc; dipendenza dalla temperatura. [IL] 9.4, 9.5

4. Semiconduttori.

Semiconduttori. Generalità. [IL] 12.0; 12.1; [R] 8.1; 8.2
Semiconduttori non degeneri. Proprietà di equilibrio: densità degli stati efficace, livello di Fermi, azione di massa. [IL] 12.2; [R] 8.3; 8.4; 8.5
Semiconduttori drogati. Densità dei portatori e livello di Fermi (potenziale chimico) in semiconduttori drogati. [IL] 12.3; 12.4; [R] 8.6
Conducibilità e mobilità. Dipendenza dalla temperatura. [IL] 12.5
Richiamo sull'equazione del trasporto. [GP] cap.XI par. 6.1
Distribuzione di portatori di nonequilibrio: corrente di drift e di diffusione. Relazioni di Einstein. [GP] cap. XIII par. 5.1
Generazione e ricombinazione di coppie: equazioni di continuità. [GP] cap. XIII par. 5.2
Equazione della diffusione. Lunghezza di diffusione. [GP] cap. XIII par. 6 Examples 1, 2, 3

5. Fenomeni di trasporto.
Equazione del trasporto di Boltzmann. Approssimazione del tempo di rilassamento.
Applicazioni dell'equazione del trasporto:
- corrente di drfit e di diffusione;
- conducibilità termica elettronica;
- effetto Seebeck, potenza termoelettrica; generatori Seebeck;
- effetto Thomson;
- effetto Peltier
[GP] cap. XI, parr. 3, 4.1, 6.1, 6.2.
Per le applicazioni degli effetti termoelettrici, si vedano anche:
- alcune lezioni alla Florida State University;
- il sito della NASA sui generatori termoelettrici a radioisotopi;
- il sito aziendale della Tellurex sulle tecnologie (disclaimer: non esiste alcuna relazione fra E. Silva e la Tellurex).
Effetto Hall e magnetoresistenza: modello a una banda e a due bande. [GP] cap. XV par. 5

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.

----- Parte I

[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

----- Parte II

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

----- Indicazioni per ulteriori approfondimenti o trattazioni alternative:

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

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

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