81829 - INTRODUZIONE ALLA FISICA DEGLI STATI CONDENSATI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze nel vasto campo della Fisica della Materia Condensata, alcuni concetti generali e metodi unificanti che consentono di descrivere le proprietà di diverse fasi termodinamicamente stabili della materia condensata. In particolare, lo studente conosce il concetto di simmetria che si fonda su differenti parametri d'ordine e come le proprietà macroscopiche di sistemi a molte particelle interagenti siano legate a leggi di conservazione e a simmetrie infrante. Apprende inoltre il concetto di lunghezza di scala e degli effetti di confinamento dimensionale su alcune proprietà fisiche della materia condensata.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

Sono requisiti per la frequenza del corso conoscenze di: meccanica e termodinamica classiche. Analisi matematica. Conoscenza almeno ad un livello introduttivo della teoria quantistica.

Il corso è principalmente a carattere sperimentale e fenomenologico. Durante le lezioni vengono mostrati video scientifici ed immagini riguardanti i fenomeni discussi. Scopo del corso è far conoscere allo studente fenomeni naturali ed effetti importanti riguardanti gli stati condensati della materia e alcuni fenomeni quantici che avvengono nella materia nello stato solido. Vengono messe in rilievo le applicazioni tecnologiche dei fenomeni considerati.

1 Aggregati di atomi e molecole.

• Simmetrie e trasformazioni in natura

• Sistemi ordinati e periodici.

• Cristalli e reticoli di Bravais. Reticolo reciproco. Esempi di cristalli e solidi regolari.

• Monocristalli e policristalli. Cristalli nanometrici.

• Sistemi aperiodici.

• Quasi cristalli e tassellature.

• Caso del carbonio e sue fasi: Diamante, grafite, fullereni, nanotubi, grafene.

• Sistemi disordinati.

• Liquidi ed amorfi.

2 Transizioni di fase

• Cambio di simmetria cristallografica.

• Cenni alla teoria di Landau relativa alle trasformazioni di fase.

• Amorfi e cristallizzazione.

• Esempi di trasformazioni di fase di ordine superiore al primo.

3 Teoria della nucleazione.

• Nucleazione omogenea
• Nucleazione eterogenea

4 Diagrammi di fase

• Diagrammi di fase binari
  
• Acqua e Cloruro di Sodio
• Sistemi eutettici
  
• Diagramma di fase dell'acciaio
  

5 Energia superficiale

• Tensione superficiale
• Legge di Young
• Superfici idrofile ed idrofobe
• Gocce d'acqua e bolle di sapone

6 Proprietà meccaniche dei solidi.

• Cosa determina la durezza e la duttilità dei solidi.

• Costanti elastiche e carico di snervamento.

• Difetti nei solidi: vacanze, dislocazioni, bordi di grano. Loro influenza sulle proprietà meccaniche, ottiche ed elettromagnetiche dei solidi.

• Materiali a memoria di forma e loro meccanismo di deformazione. Martensite.

• Anelasticità nei solidi

7. Fenomeni quantistici collettivi nella materia

Proprietà fisiche e applicazioni di materiali ferromagnetici, superconduttori, ferroelettrici.

8. Le nuove frontiere della ricerca nella Fisica della Materia

Il corso includerà un ciclo di lezioni introduttive su alcuni attuali temi di ricerca nel campo della fisica degli stati condensati, dai quantum materials ai nanomateriali.

Testi/Bibliografia

Il materiale didattico consisterà in articoli, sia divulgativi che tecnici sugli argomenti trattati, indicati di volta in volta dal docente ad inizio trattazione di ogni argomento del programma.

Metodi didattici

Lezioni e dimostrazioni in aula. Visione di video scientifici.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale/prova pratica. 

Il colloquio d'esame verterà in parte sugli argomenti del corso ed in parte su un approfondimento dei medesimi che potrà avvenire, a scelta dello studente, in una tra le seguenti due diverse modalità.

a) Una tesina scritta su un argomento concordato coi docenti. L'argomento potrà essere presentato durante la prova orale anche tramite l'ausilio di un proiettore.

b) La messa a punto e dimostrazione pratica in sede di esame di uno o più esperimenti collegati agli argomenti trattati nel corso. Anche in questo caso gli esperimenti andranno concordati coi docenti.

Strumenti a supporto della didattica

Verranno indicati durante il corso video di natura scientifica come supporto sperimentale degli argomenti trattati.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Gianfranco Campari

Consulta il sito web di Samuele Sanna