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 rottura di simmetria in natura

• Sistemi ordinati e periodici.

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

• Classificazione dei solidi

• 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, amorfi e sistemi a più fasi. Esempio dell'aerogel.

2 Energia/Tensione superficiale

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

3 Teoria della nucleazione.

• Nucleazione omogenea
• Nucleazione eterogenea
• Crescita di una nuova fase
• Cristalli di ghiaccio e fiocchi di neve.

4 Diagrammi di fase

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

  5 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

 

6. Fenomeni quantistici collettivi

Introduzione ai fenomeni quantistici collettivi nella materia condensata. Proprietà fisiche di materiali ferromagnetici, superconduttori, superfluidi e loro applicazioni.

7. Materiali quantici e tecnologie quantistiche

Materiali per quantum computing e sensori quantici.

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

La maggior parte del materiale didattico è presente su virtuale e consiste in articoli, sia divulgativi che tecnici sugli argomenti trattati, dispense, immagini e video relativi ad ogni argomento del programma. E' inoltre presente un elenco di libri di riferimento e di approfondimento.

Metodi didattici

Lezioni e dimostrazioni in aula. Visione e discussione di video scientifici.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale/prova pratica.

Per poter sostenere l'esame è richiesta una tesina scritta (circa 15 pagine) su un argomento concordato con il docente. L'argomento potrà essere presentato in un tempo di circa 20 minuti, in una tra le seguenti due diverse modalità.

a) Presentazione orale, anche tramite l'ausilio di un proiettore (circa 15 slides).

b) Preparazione e dimostrazione pratica in sede di esame di uno o più esperimenti collegati agli argomenti trattati nel corso.

Oltre che sulla qualità dell'esposizione e della stesura della tesina, la valutazione finale si baserà sul grado di approfondimento e comprensione sia dell'argomento presentato che dei concetti di base della fisica degli stati condensati affrontati nel corso.

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