84535 - SYMMETRIES, ELECTRONS AND PHONONS

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student will learn the basic notions regarding: symmetries of the atomic structure of molecules and crystals and their description using group theory; electronic states in crystals in the independent electron approximation (band theory) and lattice vibrations in classical and quantum approaches.

Contenuti

1. Struttura atomica


1.1. Introduzione alla simmetria
1.2. Strutture cristalline in 2D.
1.3. Strutture cristalline 3D
1.4. Determinazione della struttura cristallina mediante diffusione di onde e particelle; il reticolo reciproco.
1.5. Oltre i cristalli; quasicristalli


2. Struttura elettronica


2.1. Il gas di elettroni liberi
2.2. Elettrone non interagente in un potenziale periodico
2.3. Complementi sulla struttura elettronica
2.4. Oltre l'approssimazione dell'elettrone indipendente


3. Coesione, vibrazioni e fononi


3.1 Classificazione e coesione dei solidi
3.2 Fallimenti del modello reticolare statico.
3.3 Approssimazione adiabatica e revisione sulle vibrazioni molecolari.
3.4 Vibrazioni reticolari in approssimazione armonica: limite classico.
3.5 Vibrazioni reticolari nell'approssimazione armonica: limite quantistico.
3.6 Diffusione fononica anelastica.

Testi/Bibliografia

Main textbooks

• F. Albert Cotton, Chemical Applications of Group Theory, Third Edition, Wiley (1990)
• Michael P. Marder, Condensed Matter Physics, Second Edition, Wiley (2010)
• Neil W. Ashcroft and N. David Mermin, Solid State Physics, Saunders College Publishing (1976)
• Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, Eighth Edition, Wiley (2005)

Complementary textbooks

• General condensed matter
• Efthimios Kaxiras and John D. Joannopoulos, Quantum Theory of Materials, Cambridge University Press (2019)
• Marvin Cohen and Steven Louie, Fundamentals of Condensed Matter Physics, Cambridge University Press (2016)
• Attilio Rigamonti and Piero Carretta, Structure of Matter, Springer (2015)
• Gian Franco Bassani e Umberto Grassano Fisica dello Stato Solido, Bollati Boringhieri (2000), only in Italian.
• Feng Duan and Jin Guojon, Introduction to Condensed Matter Physics, Volume 1, World Scientific (2005).
• Giuseppe Grosso and Giuseppe Pastori Parravicini, Solid State Physics, Second Edition, Academic Press (2014)
• Peter Y. Yu and Manuel Cardona, Fundamentals of Semiconductors, Fourth Edition, Springer (2010)
• G.L. Squires, Introduction to the theory of thermal neutron scattering, Cambridge University Press, 1978
  • Crystallography
• Carmelo Giacovazzo (editor), Fundamentals of Crystallography, Third Edition, Oxford University Press (2011).
• Boris K. Vainshtein, Fundamentals of Crystals: Symmetry, and Methods of Structural Crystallography, Second Enlarged Edition, Springer (1994).
• Boris K. Vainshtein, Vladimir M. Fridkin and Vladimir L. Indenbom, Modern Crystallography II: Structure of Crystals, Springer (1979)
• Gerald Burns and Anthony M. Glazer, Space groups for solid state scientists, Academic Press (2013)
  • Group theory
• Michael Tinkham, Group Theory and Quantum Mechanics, Dover (2003).

Metodi didattici

Lezioni frontali con presentazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'obiettivo dell'esame è la valutazione della conoscenza del significato fisico degli argomenti illustrati nel corso. Di norma, verranno discussi due argomenti.

Per ciascun argomento verrà chiesto allo studente di elaborare una teoria/calcoli per ottenere una legge fisica, illustrando i principali passaggi concettuali, comprese considerazioni e approssimazioni utilizzate, e di spiegarne il significato fisico e il suo utilizzo per studiare alcune proprietà fisiche di un ideale e/o sistema fisico reale, prestando attenzione all'ordine di grandezza delle grandezze fisiche in gioco.

La durata tipica dell'esame è di 30-45 minuti.

Scopo della prova orale è verificare le conoscenze dello studente e la sua capacità di applicarle e di effettuare i necessari collegamenti logico-deduttivi.

Graduazione del voto finale:

18-19: Preparazione su un numero molto limitato di argomenti trattati nel corso e capacità di analisi che emergono solo con l'aiuto del docente, espressione in linguaggio complessivamente corretto;

20-24: Preparazione su un numero limitato di argomenti trattati nel corso e capacità di analisi autonoma solo su questioni prettamente esecutive, espressione in linguaggio corretto;

25-29: Conoscenza di un ampio numero di argomenti affrontati nel corso, capacità di operare scelte autonome di analisi critica, uso corretto della terminologia specifica;

30-30L: Preparazione sostanzialmente esauriente sugli argomenti trattati nel corso, capacità di operare scelte autonome di analisi critica e di collegamenti, piena padronanza della terminologia specifica e capacità di argomentazione e pensiero critico

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni utilizzate a lezione, disponibili on-line su virtuale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Samuele Sanna

Consulta il sito web di Federico Boscherini