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Oggetto:

Materiali per l'elettronica con laboratorio

Oggetto:

Materials for electronics with laboratory

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Anno accademico 2014/2015

Codice dell'attività didattica
CHI0037A
Docente
Prof. Marco Truccato (Titolare del corso)
Corso integrato
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/03 - fisica della materia
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Conoscenze della fisica di base (meccanica,elettromagnetismo, ottica) e di meccanica quantistica.
Knowledge of basic physics (mechanics, electromagnetism, optics) and of quantum mechanics.
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

Fornire agli studenti le nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fondamentali della dinamica elettronica e reticolare nei solidi.

Providing the students with the fundamental notions that are necessary to understand the basic phenomena of the lattice and electrons in solids.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Nozioni fondamentali per la definizione delle principali caratteristiche elettroniche e termiche dei materiali solidi.

Nozioni fondamentali per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di alcune delle piu' diffuse tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali e dispositivi a stato solido.

Sapere descrivere il moto elettronico all’interno dei solidi dal punto di vista classico, semiclassico e quantistico

Padroneggiare le implicazioni della struttura periodica spaziale nei confronti delle onde, sia elettromagnetiche che elettroniche

Sapersi orientare all’interno di una situazione fisica relativa alla conduzione nei solidi individuando le grandezze importanti e il loro ordine di grandezza.

Fundamental notions necessary to define the main electronic and thermal features of solid materials.

Fundamental notions necessary to understand the physical phenomena that underlie some of the most widespread experimental techniques used in the characterization of materials and solid state devices.

To be able to describe the electronic motion in solids from a classical, semiclassical and quantum point of view.

To master the implications of the spatial periodical structure on waves, both electromagnetic and electronic.

To get oriented in a physical situation concerning the conduction in solids, defining the important variables and their order of magnitude.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto piu' orale facoltativo.

Written test plus discretionary oral examination.

Esame scritto piu' orale facoltativo. Written test plus discretionary oral examination.

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Programma

Onde nei mezzi dispersivi e significato della relazione di dispersione.

•  Reticoli cristallini e influenza delle loro proprietà di simmetria sulle grandezze fisiche. Tecniche sperimentali per i raggi X. Teoria di Laue della diffrazione Reticolo reciproco e sue proprietà. Equivalenza tra teoria di Bragg e teoria di Laue.

•  Vibrazioni reticolari. Catena lineare monoatomica. Sistemi a numero finito di gradi di libertà e decomposizione in modi normali. Cenni alla quantizzazione delle vibrazioni e concetto di fonone. Catena biatomica. Termini anarmonici e accoppiamento tra fononi: momento del fonone. Scattering neutronico.

•  Calcolo dei calori specifici reticolari in approssimazione di Debye.

•  Modello ad elettroni liberi per i metalli. Livello di Fermi in varie dimensionalità. Proprietà di conduzione elettrica e termica per il gas di Fermi. Collisioni con fononi e legge di Wiedermann-Franz. Effetto termoelettrico.

•  Oscillazioni di plasma e lunghezza di schermo elettrostatico. Effetti della statistica di Fermi-Dirac per la depressione delle sezione d’urto elettrone-elettrone. Effetto Hall e magnetoresistenza.

•  Elettroni in un reticolo periodico. Teorema di Bloch e sue implicazioni. Bande di energia. Equazione centrale. Modello di Kronig-Penney. Modello ad elettroni quasi liberi in 1D e funzione d’onda approssimata vicino al bordo zona. Superfici di Fermi in 2D e in 3D.

•  Modello semiclassico per la dinamica elettronica nelle bande. Equivalenza della descrizione della conduzione per mezzo di elettroni o di lacune. Tensore massa efficace

• Waves in dispersive media and the meaning of the dispersion relation.

• Crystal lattices and the influence of their symmetry properties on the physical quantities. Experimental techniques for X-rays. Laue’s theory of the X-ray diffraction. Reciprocal lattice and its properties. Equivalence between Bragg and Laue theories.

• Lattice vibrations. Monoatomic linear chain. Systems with a finite number of degrees of freedom and normal mode decomposition. Hints at the quantization of vibrations and the idea of phonons. Biatomic chain. Anharmonic terms and phonon coupling: phonon momentum. Neutron scattering.

• Lattice specific heat in the Debye's approximation.

• The free electron model for metals. Fermi level. The electrical and thermal properties of the Fermi gas. Scattering by phonons and the Wiedermann-Franz law. Thermoelectric effect.

• Plasma oscillations and electrostatic screening length. The effects of the Fermi-Dirac distribution function on the reduction of the electron-electron scattering cross section. Hall effect and magnetoresistance.

• Electrons in a periodical lattice. Bloch’s theorem and its implications. Energy bands. Central equation. The Kronig-Penney model. Nearly free electron model in 1D and approximated wave function near the zone boundary. Fermi surfaces in 2D and in 3D.

• Semiclassical model for the electron dynamics in the energy bands. Equivalence of the description of the conduction process by means of electrons or holes. The effective mass tensor

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Testi consigliati e bibliografia

• C. Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido, Casa editrice Ambrosiana, 2008

• N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid State Physics, Harcourt College Publishers, 1976

• Diapositive proiettate a lezione sono disponibili alla voce "Materiale Didattico"

 

• C. Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido, Casa editrice Ambrosiana, 2008

• N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid State Physics, Harcourt College Publishers, 1976

• Slides used during lessons are available at "Materiale Didattico" link.

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Note

Tipologia Insegnamento 

Lezioni frontali: 48 ore

  Frequenza

Frequenza alle lezioni facoltativa.

Lectures: 48 hours

Not mandatory

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Ultimo aggiornamento: 18/05/2015 10:54
Location: https://stmateriali.campusnet.unito.it/robots.html
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