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Programma
preliminare e bibliografia del corso di Solid State Measuring
Devices (a.a.
2016/17).
SSD Ing-Inf/07
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. Il programma verrà aggiornato dutante l'avanzamento delle lezioni. Parte 0 - RIchiami di Meccanica Quantistica 0.1 Comportamento corpuscolare, ondulatorio e statistico della materia: la diffrazione di elettroni singoli 0.2 Ipotesi di De Broglie. Onde di materia. 0.3 Postulati della Meccanica Quantistica. Operatori e osservabili. Equazione di Schroedinger. interpretazione probabilistica. Stati stazionari. Si può far riferimento ai lucidi. Un testo adeguato per estendere è [Gr]. Parte I - Strumenti e fondamenti 1.1 Casi notevoli. Buca di potenziale squadrata infinita. [lucidi] oppure [Gr] 2.2 Buca bidimensionale: degenerazione. [lucidi] Particelle identiche. [lucidi] 1.2 Meccanica statistica e proprietà del gas di elettroni. Il problema statistico. Densità degli stati in 3D: buca infinita; caso generale. [dispense] oppure [CS] Elettrone indipendente. Elettrone libero. Capacità termica elettronica. Emissione termoionica. [IL] 6.0, 6.2, 6.4 (senza il calcolo esatto di Cv), 6.6 Solidi cristallini. Reticolo reciproco. [R] 1.1-1.4, 1.7, 1.8.7 Solidi: legami. [R] 2.5 1.4 Vibrazioni reticolari e fononi. Capacità termica di un gas di oscillatori classici. [dispense] 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. [R] 7.3.1 Espansione termica. [R] 7.4 1.5 Elettroni in un potenziale periodico. Teorema di Bloch e implicazioni. [IL] 7.1 Elettrone quasi libero. [IL] 7.2 Elettrone fortemente legato (Tight binding). [IL] 7.3 Parte II - Elettronica dei solidi 2.1 Generalità. Conduttori. 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 nei metalli; dipendenza dalla temperatura. [IL] 9.4, 9.5 2.2 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 2.3 Trasporto. Richiamo sull'equazione del trasporto nel caso generale [GP] cap. XI, parr. 3, 4.1, 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 Effetto Hall. Magnetoresistenza. [GP] cap. XV par. 5 Conducibilità termica elettronica, Effetto Seebeck, potenza termoelettrica; generatori Seebeck; Effetto Thomson; Effetto Peltier [GP] cap. XI, par. 6.2 2.4 Cenno all'effetto Josephson. Superconduttività: generalità. [lucidi] Quantizzazione del flusso [materiale sul sito] Effetto Josephson (derivazione di Feynmann). [materiale sul sito] Modello RCSJ. Risposta a una corrente dc (caso sovrasmorzato) [GM] 3.2.1, 3.3.1 (parte) (si possono omettere i calcoli che portano alla 3.3.8) Effetto Josephson ac comandato in tensione [GM] 3.3.3 (parte) (si possono omettere i calcoli dello sviluppo in serie di Bessel) SQUID: lo stato a zero tensione [GM] 4.1.1 (si omettano i calcoli che portano alla 4.1.8; si ometta p.161, ovvero si consideri direttamente il caso senza screening) SQUID: lo stato a tensione finita [GM] 4.1.2 (solo il caso di screening trascurabile e sovrasmorzamento) 2.5 Elementi di magnetismo. Materiali magnetici. Paramagnetismo. Ferromagnetismo. [dispensa] Domini di Weiss, pareti di Bloch. Ciclo di isteresi. Effetto Barkhausen. [dispensa+materiale] Magnetizzazione spontanea [dispensa] Parte III - Esempi di sensori e dispositivi Sensori di temperatura: thermistor, RTD [lucidi] Sensori di temperatura: termocoppie. [lucidi] Sensori Hall [lucidi] Generatori termolettrici [lucidi Standard del volt [lucidi] SQUID dc. [lucidi] Bibliografia: I testi indicati sono: (A) scaricabili in formato elettronico, solo attraverso la rete di Ateneo. (B) accessibili in biblioteca. (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. [CS] (A) D. Chowdhury, D. Stauffer, "Principles of Equilibrium Statistical Mechanics", Wiley [R] (A) M. Razeghi, "Fundamentals of solid state engineering", Kluwer Academic Publishers, 2002. [IL] (B) H. Ibach, H. Lüth, "Solid State Physics", 4th edition, Springer. [GP] (A) G. Grosso, G. Pastori Parravicini, "Solid State Physics", Elsevier, 2000. [GM] (F) R. Gross, A. Marx, Lecture Notes del corso di Applied Superconductivity al Walther-Meißner-Institute for Low Temperature Research. |