a.a. 2015-16 - 2 semestre

Docenti del corso: Dr. Procolo Lucignano - Dr. Giovanni Cantele





Ultima modifica (20 Luglio, 2016): Gli esami del mese di Luglio 2016 sono fissati per Martedì 26
alle ore 10:30 presso il Dipartimento di Fisica stanze 2Ma27-28


News:

  • 2016.05.27 : L'ultima lezione del corso prevista per venerdì 10 giugno è rimandata a martedì 14 giugno alle ore 09:30

  • 2016.05.27 : nella sezione riservata sono state inserite delle note sulla teoria del funzionale densità che sostituiscono le precedenti e comprendono in aggiunta il teorema di Helmann-Feynman e la rappresentazione del funzionale di correlazione e di scambio in termini di buca di correlazione e scambio media

  • 2016.05.19 : la lezione di Venerdi' 20 Maggio 2016 non avrà luogo

  • 2016.03.21 : Come da calendario accademico le lezioni verranno sospese da giovedì 24 Marzo 2016 a mercoledì 30 Marzo 2016 inclusi.
    Pertanto le prossime lezioni del corso si terranno nei giorni Martedì 22 Marzo, Giovedì' 31 Marzo e Venerdi' 1 Aprile 2016


  • Il corso avra' inizio il giorno 15.03.2016 alle ore 09:00 in aula C9

  • Il giorno 25.02.2016 i docenti del corso incontreranno gli studenti interessati nell'aula 0M05 del Dipartimento di Fisica

  • 2016.02.16 : aggiunta descrizione del corso






Tutti gli studenti interessati sono pregati di inviare un'e-mail ai seguenti indirizzi:

procolo.lucignano@spin.cnr.it e giovanni.cantele@spin.cnr.it



Il corso si propone lo studio di fenomeni avanzati (proprietà elettroniche, ottiche, magnetiche e di trasporto) nei materiali cristallini e nanostrutturati. Lo studio di tali proprietà richiederà l’acquisizione di metodi avanzati nella fisica dello stato solido.


Schema del corso

Il confinamento quantistico e le nanostrutture:
- Principi del microscopio a scansione tunnel (STM)
- Catene atomiche unidimensionali finite: teoria ed esperimenti
- Nanostrutture basate sul carbonio: grafene e nanotubi di carbonio
- Proprieta' ottiche delle nanostrutture

Effetti magnetici in metalli ed isolanti:
- Gas di elettroni bidimensionale e tridimensionale in campo magnetico
- Richiami di effetto Hall Classico e cenni di effetto Hall quantistico
- Magnetismo nei solidi cristallini
- Ferromagnetismo di banda
- Modello di campo medio per ferromagnetismo ed antiferromagnetismo
- Eccitazione magnetiche
- Momenti magnetici localizzati nei metalli: modello di Anderson e di Kondo
- Modello di Hubbard

Oltre l’approssimazione di particella singola:
- La densità come variabile: richiami del modello di Thomas-Fermi
- La teoria del funzionale densita'

Fenomeni di trasporto
- Richiami dell’equazione di Boltzmann
- Cenni di superconduttività e teoria BCS
- Trasporto balistico e quantizzazione della conduttanza
- Trasporto diffusivo, ruolo del disordine
- Applicazioni ai dispositivi quantistici
- Semplice modello di un isolante topologico.

Orario del corso

da: Martedi' 15 Marzo, 2016 a: Martedi' 07 Giugno, 2016

Martedi' : 09:00 - 11:00
Giovedi' : 11:00 - 13:00
Venerdi' : 09:00 - 11:00

Aula: C9, Aulario A, M.S. Angelo





Programma

  • Lezione 1
    Introduzione al corso. Motivazione del corso. Ruolo delle interazioni, del disordine e della dimensionalità in fisica dello stato solido. Fenomenologia.
  • Lezione 2
    Richiami di seconda quantizzazione. Campi bosonici e fermionici. Operatori a un corpo e due corpi.
  • Lezione 3
    Eccitazioni del gas di Fermi e liquido di Fermi. Eccitazioni di particella singola e particella-buca del gas di Fermi. Teoria fenomenologica dei liquidi di Fermi di Landau. Funzionale di Landau, tempo di vita media, massa efficace e determinazione dei coefficienti F di Landau. Cenni su calore specifico, suscettività di spin, etc.
  • Lezione 4
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Modello tight binding della catena atomica unidimensionale in seconda quantizzazione. Il microscopio ad effetto tunnel (STM): descrizione, concetto di tunneling, principio di funzionamento.
  • Lezione 5
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Il microscopio ad effetto tunnel (STM): il modello di Bardeen per il calcolo della corrente di tunneling.
  • Lezione 6
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Il microscopio ad effetto tunnel (STM): spettroscopia e densità locale degli stati. Catene atomiche unidimensionali: esperimenti con l'STM, stati elettronici, funzioni d'onda, massa efficace. Teorema della massa efficace: la funzione inviluppo.
  • Lezione 7
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Teorema della massa efficace: la funzione inviluppo (seguito), validità e limiti dell'approssimazione a massa efficace. Quantum wells (buche quantiche): cenni sulla fabbricazione, livelli elettronici in presenza di barriera di potenziale finita, densità degli stati, risoluzione del problema agli autovalori in presenza di barriera finita.
  • Lezione 8
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Quantum wells (buche quantiche): potenziale di confinamento e diagramma dei livelli di energia, proprietà elettroniche in presenza di barriera finita (seguito), energia di legame, densità degli stati, occupazione delle sottobande.
  • Lezione 9
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Quantum wires (fili quantici): proprietà elettroniche e densità degli stati (fili a sezione rettangolare e a sezione circolare). Quantum dots: confinamento in una buca di potenziale tridimensionale cubica e sferica, atomi artificiali, densità degli stati. Regime di confinamento forte. Eccitoni nelle nanostrutture: effetti di correlazione elettrone-buca nei sistemi a bassa dimensionalità, eccitoni nei quantum dots, eccitoni nelle quantum wells di tipo I e di tipo II, approccio variazionale al calcolo dell'energia di legame dell'eccitone. Proprietà ottiche: introduzione.
  • Lezione 10
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Proprietà ottiche: richiami sull'assorbimento ottico nei materiali cristallini, transizioni interbanda ed intrabanda in una quantum well, elementi di matrice per le transizioni ottiche in un sistema confinato, regole di selezione.
  • Lezione 11
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Proprietà ottiche: forze dell'oscillatore, coefficiente di assorbimento. Grafene: reticolo cristallino, proprietà elettroniche, modello tight-binding, relazione di dispersione e sua approssimazione attorno ai punti di Dirac.
  • Lezione 12
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Grafene: eccitazioni di bassa energia e fermioni di Dirac, isospin di valle e isospin di sottoreticolo, elicità/chiralità, paradosso di Klein e conservazione dell'isospin, densità degli stati, definizione della massa efficace.
  • Lezione 13
    Effetti magnetici in metalli e isolanti. Definizione di magnetizzazione e suscettività magnetica. Teorema di Born-van Leeuwen. Livelli di Landau e densità degli stati in 2D in presenza di campo magnetico. Tensore di magnetoresistività a magnetoconducibilità.
  • Lezione 14
    Il confinamento quantistico e le nanostrutture. Fermioni di Dirac in un campo magnetico: livelli di Landau nel grafene.
  • Lezione 15
    Effetti magnetici in metalli e isolanti. Cenni di effetto Hall quantistico. Diamagnetismo di Landau e Paramagnetismo di Pauli.
  • Lezione 16
    Effetti magnetici in metalli e isolanti. Proprietà magnetiche di atomi o ioni non interagenti. Diamagnetismo di Larmor e paramagnetismo di Van Vleck.
  • Lezione 17
    Proprietà magnetiche di sistemi interagenti. Ferromagnetismo: campo medio (Weiss). Integrali di scambio e hamiltoniana di spin.
  • Lezione 18
    Proprietà magnetiche di sistemi interagenti. Antiferromagnetismo e antiferrimagnetismo: teoria di Weiss. Modello di Heisenberg, campo medio e ruolo delle fluttuazioni.
  • Lezione 19
    Proprietà magnetiche di sistemi interagenti. Trasformazione di Holstein Primakoff e Magnoni. Momenti magnetici localizzati in interazione con elettroni di banda. Modello di Anderson: teoria di campo medio.
  • Lezione 20
    Proprietà magnetiche e di trasporto di sistemi interagenti. Effetto Kondo. Modello di Anderson e di Kondo. Calcolo della resistività in teoria delle perturbazioni.
  • Lezione 21
    Proprietà magnetiche e di trasporto di sistemi interagenti. Teoria del "poor man scaling" di Anderson.
  • Lezione 22
    Proprietà magnetiche e di trasporto di sistemi interagenti. Modello di Hubbard. Transizione metallo-isolante (Mott). Teoria di campo medio e Criterio di Stoner.
  • Lezione 23
    La teoria del funzionale densità. Cenni sul concetto di funzionale e derivata funzionale. La teoria di Thomas-Fermi e la relazione fra densità e potenziale. Formulazione variazione della teoria di Thomas-Fermi. Proprietà di atomi nel modello di Thomas-Fermi.
  • Lezione 24
    La teoria del funzionale densità. Buca di correlazione e scambio nel problema di elettroni interagenti. Il teorema di Hohenberg-Kohn. Formulazione variazione della teoria del funzionale densità.
  • Lezione 25
    La teoria del funzionale densità. Definizione del funzionale densità in termini del metodo della ricerca vincolata del minimo (metodo di Levy). Equazioni, autovalori ed autostati di Kohn e Sham. Calcolo dell'energia totale.
  • Lezione 26
    La teoria del funzionale densità. Approssimazioni del funzionale di correlazione e scambio. Teorema di Hellman-Feynman. Interpretazione fisica del funzionale di correlazione di scambio in termini della buca di correlazione e scambio.
  • Lezione 27
    Fenomeni di Trasporto: Cenni di Superconduttività. Fenomenologia: conducibilità perfetta, diamagnetismo perfetto, effetto isotopico, quantizzazione del flusso ed effetto Josephson.
  • Lezione 28
    Fenomeni di Trasporto: Cenni di Superconduttività. Ipotesi di pairing e coppie di Cooper. Interazione elettrone-fonone e hamiltoniana di campo medio BCS. Trasformazioni di Bogolyubov-Valatin e spettro di eccitazione
  • Lezione 29
    Fenomeni di Trasporto: Cenni di Superconduttività. Funzione d'onda BCS. Proprietà di stato fondamentale. Coerenza superconduttiva. Il numero e la fase come variabili coniugate. Dalla funzione di coppie allo stato a resistenza nulla.
  • Lezione 30
    Fenomeni di Trasporto: Cenni di Quantum transport. Scale di lunghezza: trasporto mesoscopico, balistico e diffusivo. Fenomeni di interferenza: effetto Ahronov-Bohm e Aronov-Altshuler-Spivak. Weak Localization.
  • Lezione 31
    Fenomeni di Trasporto: Overwiew di esperimenti importanti. Quantum dots, wires, nanocontatti atomici, quantum rings, gas di elettroni disordinati.



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Calendario accademico: A.A. 2015/16

Calendario delle attivita' didattiche: A.A. 2015-16

News & highlights

2017-12-12: Publication and Curriculum Vitae pages updated

December, 2017: National scientific qualification for academic Associate and Full professor positions in Theoretical Condensed Matter Physics earned

Size-dependent structural and electronic properties of Bi(111) ultrathin nanofilms from first principles
G. Cantele and D. Ninno, Phys. Rev. Materials 1, 014002 (2017)

Laurea specialistica in Fisica
Corso di "Fisica dello Stato Solido II"
a.a. 2017-18

Informazioni >>>>

Introduction to Solid State Physics and Crystalline Nanostructures
Giuseppe. Iadonisi, Giovanni Cantele, Maria Luisa Chiofalo
Springer (2014), UNITEXT for Physics series

PhD course "An introduction to the physics of nanostructures" - 2014

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Electronic properties and Schottky barriers at ZnO–metal interfaces from first principles
N.R. D'Amico et al, J. Phys.: Condens. Matt. 27, 015006 (2015)

First principles calculations of the band offset at SrTiO3−TiO2 interfaces
N.R. D'Amico et al, Appl. Phys. Lett. 101, 141606 (2012)

First-Principles Calculations of Clean and Defected ZnO Surfaces
N.R. D'Amico et al, J. Phys. Chem. C 116, 21391 (2012)

Graphene nanoribbon electrical decoupling from metallic substrates
I. Borriello et al, Nanoscale 5, 291 (2013)

Corso di Fisica dei Materiali
A.A. 2010-2011

Prossima data di esame: martedì 03.04.2012
ore 10:30

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Corso di Fisica dei Materiali
A.A. 2009-2010

Prossima data di esame: mercoledì 26.10.2011
ore 14:30

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