35426 - CHIMICA FISICA DEI MATERIALI SOLIDI M

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire i fondamenti teorici e i principali metodi computazionali di meccanica quantistica, fisica dello stato solido e teoria del trasporto elettronico necessari per lo studio quantomeccanico di proprietà elettroniche, strutturali e di trasporto di nuovi materiali di interesse tecnologico e di devices nanoelettronici.

Contenuti

Prerequisiti: sono richieste le conoscenze di analisi, algebra lineare, fisica classica e chimica fornite dai corsi del triennio. Può essere utile avere conoscenze di base relative a formalismo Hamiltoniano ed elettromagnetismo di Maxwell.

Suggerimento: è utile seguire anche il Corso di Solid State Physical Chemistry.

Programma:            

• FONDAMENTI DI MECCANICA QUANTISTICA:   Postulati e principi fondamentali - Misure di osservabili  - Formalismo matematico - Simmetria e momenti angolari - Meccanica quantistica matriciale - Meccanica ondulatoria in rappresentazione della posizione e dell'impulso -  Equazione di Schroedinger indipendente dal tempo - Evoluzione temporale di stati quantistici: equazione di Schroedinger dipendente dal tempo.

• METODI DI CALCOLO QUANTISTICO:  Metodi variazionali Hartree-Fock, Interazione di Configurazione, Teoria del Funzionale Densità  -  Metodi perturbativi.

• MECCANICA QUANTISTICA MOLECOLARE:   Approssimazione di Born-Oppenheimer - Teoria degli Orbitali Molecolari  - Teoria Valence Bond - Calcolo di livelli e stati elettronici in atomi e molecole - Calcolo di livelli e stati roto-vibrazionali in molecole.        

• ELEMENTI DI FISICA DELLO STATO SOLIDO:   Descrizione geometrica di cristalli: reticoli semplici e reticoli compositi, reticoli di Bravais; celle primitive, unitarie, celle di Wigner-Seitz. Reticoli reciproci: definizioni e proprietà; piani e direzioni in reticoli di Bravais; zone di Brillouin.   Meccanica Quantistica:  teorema di Bloch, funzioni d'onda elettroniche, bande, densità degli stati; condizioni cicliche al contorno.                                                               

• TRASPORTO ELETTRONICO IN NANODEVICE:  Modellizzazione di un nanotransistor - Interpretazione atomistica della resistenza elettrica - Diagramma dei livelli energetici - Flusso elettronico e rate equation - Corrente in canale a singolo livello - Quanto di conduttanza.                La teoria svolta a lezione verrà testata mediante l'uso di un software per la costruzione/simulazione di nanodevices e il calcolo quantistico del trasporto elettronico.

Testi/Bibliografia

Fondamentale sarà la frequenza a lezione e l'utilizzo delle dispense ed altro materiale fornito dal docente. Per ulteriori approfondimenti si consigliano i seguenti testi:

• J.J. Sakuray, Meccanica Quantistica Moderna, ed. Zannichelli.
• G.Grosso and G.Pastori Parravicini, Solid State Physics, ed. Academic Press
• S.Datta, Quantum Transport. Atom to Transistors, ed. Cambridge.

Metodi didattici

Il corso è strutturato in lezioni frontali in aula durante le quali vengono presentati e spiegati principi, concetti fondamentali e  tecniche matematiche/computazionali di meccanica quantistica, fisica dello stato solido, nonchè elementi di teoria quantistica del trasporto di carica. Alla presentazione teorica di ogni tema trattato, fanno seguito lezioni dedicate alla soluzione di esercizi e problemi specifici coinvolgenti sistemi prototipo di tipo atomico, molecolare e stato solido, nonchè modelli semplici di nanotransistor. Tale metodologia mira a far acquisire allo studente la capacità di tradurre un problema fisico in una procedura teorico/computazionale utile alla produzione di risultati quantitativi. 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso periodici esercizi  ed un esame finale consistente in una prova orale che accerta il raggiungimento dei seguenti obiettivi didattici:
- conoscenza di concetti di base, struttura matematica e metodi computazionali di meccanica quantistica e fisica dello stato solido;
- capacità di applicare gli strumenti teorici acquisiti alla soluzione di problemi semplici su sistemi atomici, molecolari e di stato solido.
L' esame finale è orale e consiste in domande sul programma svolto e nella soluzione di semplici problemi nell'ambito del programma svolto.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico presentato a lezione viene messo a disposizione degli studenti sotto forma di dispense e materiale in formato elettronico. Si consiglia di seguire anche il corso di Solid State Physical Chemistry.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Renato Colle