Fisica classica, struttura della materia, elementi di meccanica quantistica

Il corso si prefigge di descrivere le proprietà fisiche fondamentali della materia allo Stato Solido facendo riferimento alle proprietà dello stesso a livello atomico. In particolare, lo studente vedrà come la struttura a bande e la densità degli stati sia influenzata dalla struttura e dalla morfologia del materiale stesso.

L’insegnamento si prefigge di approfondire i concetti relativi alla descrizione dei solidi cristallini, nonché di descrivere i principali metodi sia sperimentali che teorici utilizzati per la descrizione dei solidi. In particolare, il corso evidenzierà la relazione tra le diverse proprietà del materiale.  

Lezioni frontali, esercitazioni in laboratorio, "ase study" in gruppi

Colloquio orale in cui lo studente relazionerà su un argomento del corso e risponderà a domande sulla restante parte del programma

e a richesta degli studenti nelle finestre temporali previste per ogni sessione

1. Struttura cristallina

• Introduzione ai reticoli cristallini

  • Punti reticolari e celle unitarie

  • Tipi di reticolo (cubico semplice, cubico a facce centrate, cubico a corpo centrato, esagonale, tetragonale)

• Indici di Miller e loro uso per descrivere piani e direzioni

• Simmetria del reticolo e gruppi spaziali (introduzione)

2. Interazione degli elettroni con il campione

• Diffusione elastica

  • Diffrazione degli elettroni

  • Teoria dello scattering singolo (approccio cinematico)

  • Teoria dello scattering multiplo (approccio dinamico)

• Formazione dell’immagine

  • Contrasto di diffrazione

  • Contrasto di fase e introduzione alla microscopia elettronica ad alta risoluzione (HREM)

  • Funzioni di Bloch e loro ruolo nel contrasto di fase

3. Microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM)

• Teoria delle onde di Bloch per STEM

  • Concetto di canalizzazione

  • Simulazione dell’immagine

• Modalità di imaging STEM

  • BF (Bright Field) e DF (Dark Field) STEM

  • Campo luminoso anulare, angolo medio

  • Contrasto di diffrazione con STEM

  • Immagini incoerenti in STEM

4. Diffusione anelastica degli elettroni

• Spettroscopia EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)

• Spettroscopia EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy)

  • Analisi di perdita di energia e spettro elementare

  • Applicazioni in materiali compositi e semiconduttori

5. Teoria delle bande e densità di stati

• Modello di Kronig-Penney

  • Introduzione al concetto di bande di energia

  • Condizioni periodiche al contorno

• Approssimazioni di legame

  • Weak binding

  • Tight binding

• Densità di portatori

  • Metalli, semiconduttori e isolanti

• Densità di stati

  • Approccio parabolico in 1D, 2D e 3D

  • Relazione con proprietà elettroniche e ottiche dei materiali

  •  

Laboratorio e/o esercitazioni virtuali:

• esempi di materiali reali (metalli, semiconduttori, isolanti

• Interpretazione e simulazione di diffrazione elettronica

• Visualizzazione di immagini HREM e STEM (Applicazioni in scienza dei materiali)

• Calcolo della densità di stati in modelli semplici

Appunti del docente