00183 - COMPLEMENTI DI FISICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze fondamentali sulle proprieta' elettriche, magnetiche ed ottiche della materia. E' in grado di risolvere semplici problemi connessi alle suddette proprieta', e conosce i concetti di base della fisica quantistica.

Contenuti

Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento è in possesso di una preparazione di base della matematica e della fisica, apprese nei precedenti corsi obbligatori svolti al primo anno. In particolare, derivate, limiti, operatori differenziali, numeri complessi; meccanica, dinamica, elettromagnetismo classico, ottica e termodinamica.

Contenuti

Il corso è articolato in 3 macro argomenti: 

1) Fisica Quantistica: nozioni basi ed applicazioni/esempi nella vita reale

La fisica dei quanti e quantizzazione dell'energia: effetto fotoelettrico, diffrazione raggi X, diffusione Compton. Dualismo onde elettromagnetiche (onda-corpuscolo): diffrazione elettroni e neutroni, ipotesi di de Broglie e pacchetti d'onda, principi di indeterminazione e complementarità. Fondamenti della meccanica quantistica: funzione d'onda ed equazione di Schodinger, momenti magnetici e spin di elettrone, protone e neutrone.

2) Proprieta' dei materiali

• Proprietà elettriche: Modello classico e quantistico della conduzione, energia di Fermi e distribuzione di Fermi-Dirac, teoria delle bande, differenza conduttori (metalli) ed isolanti, portatori di carica, superconduttività; Semiconduttori intrinsici e drogati (drogaggio "n" e "p"), Effetto Hall, Giunzione p-n con polarizzazione diretta ed inversa, diodi e transistors; transistor elettrochimici organici.
  

• Proprieta' magnetiche: modello classico vs quantistico del magnetismo, momento e suscettibilità magnetici, diamagnetismo e paramagnetismo; ferromagnetismo, Domini di Weiss, cicli di isteresi magnetica, ferrimagnetismo, antiferromagnetismo.
• Proprieta' ottiche: onde elettromagnetiche su un dielettrico, vettore di polarizzazione e meccanismi dipolarizzabilità, indice di rifrazione complesso e coefficiente di assorbimento, riflessione e trasmissione; onde elettromagnetiche in un conduttore, indice di rifrazione con approssimazione a basse e ad alte frequenze, frequenza di plasma ed effetto pelle.
• Proprieta' termiche: capacita' termica e temperatura di Debye, modello classico vs quantistico (modelli di Einstein e Debye); conduzione termica nei dielettrici e nei conduttori (conduzione elettrica/termica); espansione termica
  

3)Tecniche fisiche sperimentali per l'investigazione della materia

Introduzione generale ai principi di funzionamento ed utilizzo di tecniche sperimentali basate sulla fisica di base e quantistica tra le più comuni: 

• Microscopia a Scansione di Sonda (SEM)
• Microscopia a Forza Atomica (AFM, KPFM, MFM, C-AFM,...)
  

Testi/Bibliografia

• A. Castro: Proprieta' fisiche della materia. Casa Ed. libreriauniversitaria.it
• Articoli scientifici, capitoli di libro e slide didattiche (messe a disposizione per gli studenti

Alternative:

• Halliday-Resnick-Krane, Fisica 2, Casa Ed. Ambrosiana, edizione 5: capitoli 45-49
• C. Kittel, Introduzione alla fisica dello stato solido, Casa Ed. Ambrosiana

Metodi didattici

Le lezioni, di tipo frontale con la discussione di casi concreti ed esempi, si compongono di:

• spiegazioni frontali delle tematiche trattate con utilizzo delle slide come supporto 
• esercizi mirati a consolidare la conoscenza degli argomenti trattati (esempi concreti e quantitativi)
  

È richiesta allo studente frequenza alle lezioni al fine di apprendere al meglio e risolvere semplici problemi sulle tematiche trattate.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame di fine corso serve a valutare il grado di apprendimento da parte dello studente delle tematiche svolte e la sua comprensione delle proprietà fisiche fondamentali della materia.

La prova sarà di tipo orale con domande aperte e/o esercizi svolti sulla base di quanto affrontato a lezione.

Saranno valutate la precisione e la chiarezza dell'esposizione degli argomenti di fisica dei materiali, assieme alla capacità di argomentare un concetto e di utilizzo del linguaggio tecnico.

Lo studente sarà valutato con voti di eccellenza (28-30) se dimostrerà di possedere un'ampia padronanza dei concetti di fisica dei materiali, con uso di linguaggio scientifico preciso, alta capacità di argomentazione e completa chiarezza espositiva.

Verranno date valutazioni buone-discrete (24-27) qualora le conoscenze dello studente siano sufficienti, ma principalmente meccaniche e/o mnemoniche sulle proprietà fisiche dei materiali, con medio livello di sintesi ed articolazione del discorso, ma con linguaggio tecnico corretto.

Condurranno a voti appena sopra la sufficienza (18-23) quei colloqui in cui si osserveranno conoscenze minimali, ma sufficienti, delle proprietà fisiche dei materiali con uso limitato e poco appropriato del linguaggio tecnico specifico, minima capacità argomentativa e minima chiarezza espositiva.

Saranno considerati non sufficienti colloqui orali che mostrano grandi lacune negli argomenti d'esame sulla fisica dei materiali, linguaggio fortemente inappropriato, mancanza di capacità argomentative e di chiarezza espositiva.

Strumenti a supporto della didattica

Proiezione delle slide con power-point, assieme ad articoli scientifici o capitoli di libro

Le presentazioni ed il materiale didattico verranno forniti in formato elettronico su AMS Campus

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Francesco Decataldo