Parte 1 (6CFU) Dare allo studente una comprensione approfondita delle proprietà strutturali ed elettroniche dei solidi, delle loro proprietà di trasporto, della risposta ai campi elettromagnetici.
Parte 2 (3CFU) Dare allo studente una comprensione approfondita delle proprietà fisiche dei sistemi a bassa dimensionalità, con dimensioni caratteristiche nanometriche.
Parte 2 (3CFU) Dare allo studente una comprensione approfondita delle proprietà fisiche dei sistemi a bassa dimensionalità, con dimensioni caratteristiche nanometriche.
scheda docente
materiale didattico
Struttura elettronica dei solidi.
Richiami di calcolo a bande nei solidi. Bande di sistemi semiconduttori III-V e IV. Bande e superficie di Fermi dei metalli alcalini, metalli nobili, metalli semplici bivalenti e trivalenti; metalli di transizione. Approssimazione della massa efficace. Livelli di impurezza nei semiconduttori drogati. Eterogiunzioni e eterostrutture. Stati elettronici e densità degli stati nelle buche quantiche, nei fili quantici e nei punti quantici.
Proprietà di trasporto
Richiami del modello di Drude. Equazioni semiclassiche del moto. Equazione del trasporto di Boltzmann. Interazione elettrone - fonone. Approssimazione del tempo di rilassamento. Conducibilita' elettrica nell’approssimazione del tempo di rilassamento. Potere termoelettrico e conducibilità termica degli elettroni. Corrente di diffusione e di drift. Equazione di continuita' e termini di generazione e ricombinazione nei semiconduttori. Tempo di ricombinazione e lunghezza di diffusione. Giunzione p-n in condizioni di non equilibrio.
Proprieta' ottiche
Equazioni di Maxwell nei solidi. Costante dielettrica complessa e suo significato. Coefficiente di assorbimento e riflessione. Relazioni di Kramers Kronig. Oscillatore di Lorentz. Teoria di Drude delle proprietà ottiche di cariche libere. Oscillazioni di plasma. Modello classico per la costante dielettrica. Transizioni interbanda: transizioni dirette. Densita' congiunta degli stati, punti critici. Funzione dielettrica del Ge e della grafite. Transizioni interbanda indirette. Effetti eccitonici. Assorbimento da fononi ottici
Proprieta' magnetiche della materia.
Moto di elettroni liberi e di elettroni di Bloch in campo magnetico. Trattazione quantistica e livelli di Landau. Degenerazione e riempimento dei livelli di Landau in 3D e 2D. Magnetoresistenza.
Suscettività magnetica. Paramagnetismo e diamagnetismo. Diamagnetismo di Larmor. Origine del momento magnetico atomico, regole di Hund. Effetti del campo cristallino nei solidi. Legge di Curie del paramagnetismo. Paramagnetismo di Van Vleck e di Pauli. Diamagnetismo di Landau. Teoria di campo medio del ferromagnetismo: modello di Weiss. Legge di Curie-Weiss. Anti-Ferromagnetismo. Interazione di scambio e modello di Heisemberg. Interpretazione microscopica del campo di Weiss. Interazione dipolare e domini magnetici.
Parte 2 Programma
Eterogiunzioni e eterostrutture. Giunzione metallo semiconduttore. Sistemi 2-,1-, 0-dimensionali. Stati elettronici e densità degli stati. Gas di elettroni 2D: lunghezze caratteristiche per il trasporto in sistemi a bassa dimensionalità. Diodo tunnel Risonante. Interferenza delle funzioni d' onda ed effetto Aharonov-Bohm. Trasporto balistico e quantizzazione della conduttanza nei sistemi 1-dimensionali. Gas di elettroni 2D in campo magnetico: oscillazioni di Shubnikov-de-Haas e effetto Hall quantistico. Tunnelling di singolo elettrone e bloccaggio coulombiano. Transistor a singolo elettrone. Qubits a semiconduttore per quantum computing (cenni).
Proprietà ottiche delle nanostrutture: transizioni interbanda e intersottobanda nelle buche quantiche. Emettitori di luce, coefficiente di guadagno. Laser a diodo, a eterostruttura, a cascata quantica (cenni)
Grosso-Pastori-Parravicini: "Solid State Physics"
Datta s.: Electronic transport in mesoscopic systems [Cambridge university press ]
Davies j. H. : The physics of low dimensional semiconductors [Cambridge university press)
Programma
Parte 1 ProgrammaStruttura elettronica dei solidi.
Richiami di calcolo a bande nei solidi. Bande di sistemi semiconduttori III-V e IV. Bande e superficie di Fermi dei metalli alcalini, metalli nobili, metalli semplici bivalenti e trivalenti; metalli di transizione. Approssimazione della massa efficace. Livelli di impurezza nei semiconduttori drogati. Eterogiunzioni e eterostrutture. Stati elettronici e densità degli stati nelle buche quantiche, nei fili quantici e nei punti quantici.
Proprietà di trasporto
Richiami del modello di Drude. Equazioni semiclassiche del moto. Equazione del trasporto di Boltzmann. Interazione elettrone - fonone. Approssimazione del tempo di rilassamento. Conducibilita' elettrica nell’approssimazione del tempo di rilassamento. Potere termoelettrico e conducibilità termica degli elettroni. Corrente di diffusione e di drift. Equazione di continuita' e termini di generazione e ricombinazione nei semiconduttori. Tempo di ricombinazione e lunghezza di diffusione. Giunzione p-n in condizioni di non equilibrio.
Proprieta' ottiche
Equazioni di Maxwell nei solidi. Costante dielettrica complessa e suo significato. Coefficiente di assorbimento e riflessione. Relazioni di Kramers Kronig. Oscillatore di Lorentz. Teoria di Drude delle proprietà ottiche di cariche libere. Oscillazioni di plasma. Modello classico per la costante dielettrica. Transizioni interbanda: transizioni dirette. Densita' congiunta degli stati, punti critici. Funzione dielettrica del Ge e della grafite. Transizioni interbanda indirette. Effetti eccitonici. Assorbimento da fononi ottici
Proprieta' magnetiche della materia.
Moto di elettroni liberi e di elettroni di Bloch in campo magnetico. Trattazione quantistica e livelli di Landau. Degenerazione e riempimento dei livelli di Landau in 3D e 2D. Magnetoresistenza.
Suscettività magnetica. Paramagnetismo e diamagnetismo. Diamagnetismo di Larmor. Origine del momento magnetico atomico, regole di Hund. Effetti del campo cristallino nei solidi. Legge di Curie del paramagnetismo. Paramagnetismo di Van Vleck e di Pauli. Diamagnetismo di Landau. Teoria di campo medio del ferromagnetismo: modello di Weiss. Legge di Curie-Weiss. Anti-Ferromagnetismo. Interazione di scambio e modello di Heisemberg. Interpretazione microscopica del campo di Weiss. Interazione dipolare e domini magnetici.
Parte 2 Programma
Eterogiunzioni e eterostrutture. Giunzione metallo semiconduttore. Sistemi 2-,1-, 0-dimensionali. Stati elettronici e densità degli stati. Gas di elettroni 2D: lunghezze caratteristiche per il trasporto in sistemi a bassa dimensionalità. Diodo tunnel Risonante. Interferenza delle funzioni d' onda ed effetto Aharonov-Bohm. Trasporto balistico e quantizzazione della conduttanza nei sistemi 1-dimensionali. Gas di elettroni 2D in campo magnetico: oscillazioni di Shubnikov-de-Haas e effetto Hall quantistico. Tunnelling di singolo elettrone e bloccaggio coulombiano. Transistor a singolo elettrone. Qubits a semiconduttore per quantum computing (cenni).
Proprietà ottiche delle nanostrutture: transizioni interbanda e intersottobanda nelle buche quantiche. Emettitori di luce, coefficiente di guadagno. Laser a diodo, a eterostruttura, a cascata quantica (cenni)
Testi Adottati
Ashcroft-Mermin: "Solid State Physics"Grosso-Pastori-Parravicini: "Solid State Physics"
Datta s.: Electronic transport in mesoscopic systems [Cambridge university press ]
Davies j. H. : The physics of low dimensional semiconductors [Cambridge university press)
Modalità Erogazione
Lezioni frontali. I dettagli dei calcoli matematici saranno eseguiti alla lavagna. Alcuni argomenti verranno illustrati proiettando delle diapositive e riportando come esempio casi presi dalla letteratura scientifica recente. Nel caso di un prolungamento dell’emergenza sanitaria da COVID-19 saranno recepite tutte le disposizioni che regolino le modalità di svolgimento delle attività didattiche e della valutazione degli studenti. In particolare si applicheranno le seguenti modalità: “ lezioni a distanza in video conferenza tramite piattaforma Teams”.Modalità Frequenza
frequenza fortemente consigliataModalità Valutazione
esame finale in forma orale. L'esame consiste in 2-3 domande sugli argomenti del corso. Si richiede allo studente di mostrare una autonoma capacità di inquadrare gli argomenti richiesti in un quadro generale, nonché di saper eseguire i calcoli matematici
scheda docente
materiale didattico
Struttura elettronica dei solidi.
Richiami di calcolo a bande nei solidi. Bande di sistemi semiconduttori III-V e IV. Bande e superficie di Fermi dei metalli alcalini, metalli nobili, metalli semplici bivalenti e trivalenti; metalli di transizione. Approssimazione della massa efficace. Livelli di impurezza nei semiconduttori drogati. Eterogiunzioni e eterostrutture. Stati elettronici e densità degli stati nelle buche quantiche, nei fili quantici e nei punti quantici.
Proprietà di trasporto
Richiami del modello di Drude. Equazioni semiclassiche del moto. Equazione del trasporto di Boltzmann. Interazione elettrone - fonone. Approssimazione del tempo di rilassamento. Conducibilita' elettrica nell’approssimazione del tempo di rilassamento. Potere termoelettrico e conducibilità termica degli elettroni. Corrente di diffusione e di drift. Equazione di continuita' e termini di generazione e ricombinazione nei semiconduttori. Tempo di ricombinazione e lunghezza di diffusione. Giunzione p-n in condizioni di non equilibrio.
Proprieta' ottiche
Equazioni di Maxwell nei solidi. Costante dielettrica complessa e suo significato. Coefficiente di assorbimento e riflessione. Relazioni di Kramers Kronig. Oscillatore di Lorentz. Teoria di Drude delle proprietà ottiche di cariche libere. Oscillazioni di plasma. Modello classico per la costante dielettrica. Transizioni interbanda: transizioni dirette. Densita' congiunta degli stati, punti critici. Funzione dielettrica del Ge e della grafite. Transizioni interbanda indirette. Effetti eccitonici. Assorbimento da fononi ottici
Proprieta' magnetiche della materia.
Moto di elettroni liberi e di elettroni di Bloch in campo magnetico. Trattazione quantistica e livelli di Landau. Degenerazione e riempimento dei livelli di Landau in 3D e 2D. Magnetoresistenza.
Suscettività magnetica. Paramagnetismo e diamagnetismo. Diamagnetismo di Larmor. Origine del momento magnetico atomico, regole di Hund. Effetti del campo cristallino nei solidi. Legge di Curie del paramagnetismo. Paramagnetismo di Van Vleck e di Pauli. Diamagnetismo di Landau. Teoria di campo medio del ferromagnetismo: modello di Weiss. Legge di Curie-Weiss. Anti-Ferromagnetismo. Interazione di scambio e modello di Heisemberg. Interpretazione microscopica del campo di Weiss. Interazione dipolare e domini magnetici.
Parte 2 Programma
Eterogiunzioni e eterostrutture. Giunzione metallo semiconduttore. Sistemi 2-,1-, 0-dimensionali. Stati elettronici e densità degli stati. Gas di elettroni 2D: lunghezze caratteristiche per il trasporto in sistemi a bassa dimensionalità. Diodo tunnel Risonante. Interferenza delle funzioni d' onda ed effetto Aharonov-Bohm. Trasporto balistico e quantizzazione della conduttanza nei sistemi 1-dimensionali. Gas di elettroni 2D in campo magnetico: oscillazioni di Shubnikov-de-Haas e effetto Hall quantistico. Tunnelling di singolo elettrone e bloccaggio coulombiano. Transistor a singolo elettrone. Qubits a semiconduttore per quantum computing (cenni).
Proprietà ottiche delle nanostrutture: transizioni interbanda e intersottobanda nelle buche quantiche. Emettitori di luce, coefficiente di guadagno. Laser a diodo, a eterostruttura, a cascata quantica (cenni)
Grosso-Pastori-Parravicini: "Solid State Physics"
Datta s.: Electronic transport in mesoscopic systems [Cambridge university press ]
Davies j. H. : The physics of low dimensional semiconductors [Cambridge university press)
Programma
Parte 1 ProgrammaStruttura elettronica dei solidi.
Richiami di calcolo a bande nei solidi. Bande di sistemi semiconduttori III-V e IV. Bande e superficie di Fermi dei metalli alcalini, metalli nobili, metalli semplici bivalenti e trivalenti; metalli di transizione. Approssimazione della massa efficace. Livelli di impurezza nei semiconduttori drogati. Eterogiunzioni e eterostrutture. Stati elettronici e densità degli stati nelle buche quantiche, nei fili quantici e nei punti quantici.
Proprietà di trasporto
Richiami del modello di Drude. Equazioni semiclassiche del moto. Equazione del trasporto di Boltzmann. Interazione elettrone - fonone. Approssimazione del tempo di rilassamento. Conducibilita' elettrica nell’approssimazione del tempo di rilassamento. Potere termoelettrico e conducibilità termica degli elettroni. Corrente di diffusione e di drift. Equazione di continuita' e termini di generazione e ricombinazione nei semiconduttori. Tempo di ricombinazione e lunghezza di diffusione. Giunzione p-n in condizioni di non equilibrio.
Proprieta' ottiche
Equazioni di Maxwell nei solidi. Costante dielettrica complessa e suo significato. Coefficiente di assorbimento e riflessione. Relazioni di Kramers Kronig. Oscillatore di Lorentz. Teoria di Drude delle proprietà ottiche di cariche libere. Oscillazioni di plasma. Modello classico per la costante dielettrica. Transizioni interbanda: transizioni dirette. Densita' congiunta degli stati, punti critici. Funzione dielettrica del Ge e della grafite. Transizioni interbanda indirette. Effetti eccitonici. Assorbimento da fononi ottici
Proprieta' magnetiche della materia.
Moto di elettroni liberi e di elettroni di Bloch in campo magnetico. Trattazione quantistica e livelli di Landau. Degenerazione e riempimento dei livelli di Landau in 3D e 2D. Magnetoresistenza.
Suscettività magnetica. Paramagnetismo e diamagnetismo. Diamagnetismo di Larmor. Origine del momento magnetico atomico, regole di Hund. Effetti del campo cristallino nei solidi. Legge di Curie del paramagnetismo. Paramagnetismo di Van Vleck e di Pauli. Diamagnetismo di Landau. Teoria di campo medio del ferromagnetismo: modello di Weiss. Legge di Curie-Weiss. Anti-Ferromagnetismo. Interazione di scambio e modello di Heisemberg. Interpretazione microscopica del campo di Weiss. Interazione dipolare e domini magnetici.
Parte 2 Programma
Eterogiunzioni e eterostrutture. Giunzione metallo semiconduttore. Sistemi 2-,1-, 0-dimensionali. Stati elettronici e densità degli stati. Gas di elettroni 2D: lunghezze caratteristiche per il trasporto in sistemi a bassa dimensionalità. Diodo tunnel Risonante. Interferenza delle funzioni d' onda ed effetto Aharonov-Bohm. Trasporto balistico e quantizzazione della conduttanza nei sistemi 1-dimensionali. Gas di elettroni 2D in campo magnetico: oscillazioni di Shubnikov-de-Haas e effetto Hall quantistico. Tunnelling di singolo elettrone e bloccaggio coulombiano. Transistor a singolo elettrone. Qubits a semiconduttore per quantum computing (cenni).
Proprietà ottiche delle nanostrutture: transizioni interbanda e intersottobanda nelle buche quantiche. Emettitori di luce, coefficiente di guadagno. Laser a diodo, a eterostruttura, a cascata quantica (cenni)
Testi Adottati
Ashcroft-Mermin: "Solid State Physics"Grosso-Pastori-Parravicini: "Solid State Physics"
Datta s.: Electronic transport in mesoscopic systems [Cambridge university press ]
Davies j. H. : The physics of low dimensional semiconductors [Cambridge university press)
Modalità Erogazione
Lezioni frontali. I dettagli dei calcoli matematici saranno eseguiti alla lavagna. Alcuni argomenti verranno illustrati proiettando delle diapositive e riportando come esempio casi presi dalla letteratura scientifica recente. Nel caso di un prolungamento dell’emergenza sanitaria da COVID-19 saranno recepite tutte le disposizioni che regolino le modalità di svolgimento delle attività didattiche e della valutazione degli studenti. In particolare si applicheranno le seguenti modalità: “ lezioni a distanza in video conferenza tramite piattaforma Teams”.Modalità Frequenza
La frequenza è fortemente consigliataModalità Valutazione
esame finale in forma orale. L'esame consiste in 2-3 domande sugli argomenti del corso. Si richiede allo studente di mostrare una autonoma capacità di inquadrare gli argomenti richiesti in un quadro generale, nonché di saper eseguire i calcoli matematici