STRUTTURA DELLA MATERIA II

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2021/2022
Docente
LORIS GIOVANNINI
Crediti formativi
6
Periodo didattico
Secondo Semestre
SSD
FIS/03

Obiettivi formativi

Il corso ha l'obiettivo di fornire allo studente le nozioni di base della fisica atomica, delle molecole semplici, dello stato solido e dell'interazione radiazione-materia. Alla fine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze relative alla struttura degli atomi a più elettroni, agli stati elettronici e roto-vibrazionali delle molecole ed ai primi elementi della fisica dello stato solido. Inoltre avrà sviluppato le abilità necessarie per affrontare e risolvere problemi e semplici applicazioni sugli stessi argomenti.

Prerequisiti

Sono raccomandate conoscenze di base di Meccanica Quantistica; inoltre il superamento dell'esame di "Struttura della Materia I" è un prerequisito per sostenere l'esame del presente corso.

Contenuti del corso

Proprietà delle funzioni d'onda dell'atomo di idrogeno: numeri quantici, distribuzione spaziale della probabilità (2 ore).
Esperimento di Stern-Gerlach; lo spin dell'elettrone; accoppiamento LS; effetti relativistici, regola dell'intervallo di Landè (2 ore).
Effetto Lamb, struttura iperfine; emissione spontanea; regole di selezione in forte campo magnetico; operatore inversione, regole di selezione in approssimazione di dipolo elettrico; emissione spontanea e stimolata, confronto con corpo nero (modello di Einstein) (6 ore).
Atomi a più elettroni; sistemi di fermioni, simmetria delle funzioni d'onda, ortoelio e paraelio; modello di Hartree (4 ore). Potenziale di ionizzazione; spettro di emissione raggi X, legge di Moseley; effetto Auger (2 ore). Elementi alcalini; elementi con due o più elettroni ottici; stati atomici del carbonio; transizioni ottiche e regole di selezione; effetto Zeeman, fattore di Landè ed effetto Paschen-Bach in atomi a più elettroni (6 ore).
Molecole; struttura elettronica, modello LCAO; orbitali di legame e anti-legame; molecole biatomiche, legami covalente e dipolare; molecole poliatomiche (4 ore). Ibridizzazione; molecole coniugate; proprietà ottiche (2 ore). Eccitazioni molecolari: modi rotazionali, modi vibrazionali; combinazione di transizioni elettroniche e roto-vibrazionali: principio di Franck-Condon (4 ore). Spettri atomici; scattering Raman (2 ore). Calore specifico di gas poliatomici (molecole), contributi rotazionale e vibrazionale (2 ore).
Reticolo reciproco; calcolo del reticolo reciproco; diffrazione di raggi X; modello di Von Laue (2 ore). Sfera di Ewald, metodi sperimentali; fattori di struttura e di forma, riflessioni proibite (2 ore). Elettroni in un potenziale periodico, teorema di Bloch; vettore d'onda elettronico e suo significato fisico (2 ore). Elettroni quasi liberi, gap di energia (2 ore). Conduttività elettrica nel modello a bande; conduttori, isolanti e semiconduttori (2 ore). Semiconduttori: bande di valenza e di conduzione, lacune; massa efficace (2 ore).

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. L’esame consiste in una prova scritta, in cui verrà verificato il livello di abilità raggiunto nel risolvere i problemi, e una prova orale, in cui verranno verificate le conoscenze acquisite. La prova scritta consiste nella soluzione di alcuni problemi inerenti il programma e si intende pienamente superata con un punteggio di 18 su 30. La prova orale si terrà pochi giorni dopo quella scritta e verificherà la preparazione dello studente nel trattare gli argomenti che verranno proposti. Il voto finale terrà conto della preparazione complessiva dello studente risultante dalle prove d'esame (scritto e orale).

Testi di riferimento

Alcune parti dei seguenti testi sono utilizzate per l'insegnamento:
1)R.Eisberg, R.Resnick "Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles", 2nd Edition, J.Wiley & Sons, 1985 (Capitoli 8,9,10)
2)Alonso-Finn "Quantum and statistical Physics" vol. 3, Addison-Wesley (Capitoli 5,12)
3)C. Kittel "Introduction to Solid State Physics" VI Edizione, J. Wiley &Sons, 1986 (Capitoli 2,5,6,7,8).

Dispense su alcuni specifici argomenti vengono inoltre messe a disposizione sul sito Internet del corso.