Anno di corso: 1

Crediti: 12
Crediti: 6
Crediti: 16
Crediti: 8
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale

Anno di corso: 2

Crediti: 12
Crediti: 14
Crediti: 6
Crediti: 12
Crediti: 8

Anno di corso: 3

STRUTTURA DELLA MATERIA

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2017/2018
Anno di corso: 
3
Anno accademico di erogazione: 
2019/2020
Tipo di attività: 
Obbligatorio
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
8
Ciclo: 
Annualita' Singola
Ore di attivita' didattica: 
64
Prerequisiti: 

I contenuti dei corsi di matematica e fisica dei primi due anni. La prima parte del corso di meccanica quantistica.

Moduli

Metodi di valutazione

Tipo di esame: 
Orale
Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

L'esame si articola in una prova scritta e un colloquio orale.
La prova scritta consiste nello svolgimento di quattro esercizi numerici riguardanti argomenti di meccanica statistica, fisica atomica e molecolare e fisica della stato solido. Durante la prova scritta è permesso l'utilizzo di libri ed appunti.
Ad ogni esercizio risolto correttamente vengono assegnati 7.5 punti.
L'ammissione all'orale richiede un punteggio complessivo nella prova scritta non inferiore a 11 punti (1.5 esercizi svolti correttamente su quattro).
La prova orale verte sulla discussione dello scritto e sugli argomenti svolti a lezione. La prova orale deve essere sostenuta nella stessa sessione d'esame in cui è stata sostenuta la prova scritta.

Valutazione: 
Voto Finale

Obiettivi formativi

La comprensione delle proprietà di atomi, molecole e solidi cristallini mediante gli strumenti della meccanica quantistica e della meccanica statistica.

Contenuti

Elementi di meccanica statistica classica e quantistica
Atomi: atomi a due elettroni, atomi a molti elettroni nella teoria di Hartree e la tavola periodica degli elementi.
Molecole: stati elettronici e legame chimico in molecole biatomiche e poliatomiche, rotazioni e vibrazioni molecolari, spettroscopia molecolare.
Solidi: teoria a bande degli elettroni nei cristalli, conduzione elettrica nei metalli, semiconduttori e dispositivi a semiconduttore.

Programma esteso

Il corso è composto da quattro parti e una lezione introduttiva sulla meccanica quantistica dei sistemi a molte particelle. I riferimenti ai capitoli specifici dei libri di testo sono riportati per ogni sezione.

Meccanica Quantistica di Sistemi a Molte Particelle
((G), capitolo 13)
Particelle identiche: fermioni e bosoni, determinante di Slater per particelle indipendenti, principio di esclusione di Pauli.

Fisica Statistica
((KK) capitoli 2, 3, 5-9 o equivalentemente (T) capitoli 1, 2.1-2.4, 3.4-3.5.3, 3.6.1-3.6.3 o (M) caitolo 4)
• Entropia, temperatura e probabilità.
• Ensemble canonico e la distribuzione di Boltzmann.
• Gas classico ideale.
• Potenziale chimico, ensemble gran canonico e la distribuzione di Gibbs.
• Distribuzione statistiche quantistiche: Fermi-Dirac e Bose-Einstein.
• Il gas di Fermi: energia di Fermi e calore specifico.
• Gas di bosoni a bassa temperatura e la condensazione di Bose-Einstein. Superfluidità nell'elio liquido.

Fisica Atomica
((G) capitolo 14 con supplementi 14-A e 14-B, (BJ) capitoli 7 and 8)
• Atomi a due elettroni: teoria delle perturbazioni e principio variazionale per lo stato fondamentale.
• Stati eccitati dell'atomo a due elettroni: paraelio e ortoelio.
• Atomi a molti elettroni nello teoria di Hartree.
• Sistema periodico degli elementi.
• Correzioni all'approssimazione di campo centrale: accoppiamenti L-S e j-j, regole di Hund.

Fisica Molecolare
((M) capitolo 3, (BJ) capitoli 10 and 11)
• Approssimazione di Born-Oppheneimer.
• La struttura elettronica della molecola di H2 negli schemi di Heitler-London e degli orbitali molecolari.
• Stati elettronici in molecole biatomiche omo- ed etero-nucleari, legame covalente e ionico.
• Stati elettronici di molecole poliatomiche: ibridizzazione e modello di Hueckel.
• Rotazioni e vibrazioni di molecole biatomiche.
• Effetti dello spin nucleare sulle rotazioni della molecolare biatomica omonucleare.
• Calore specifico delle molecole poliatomiche. Il teorema di equipartizione dell'energia.

Fisica dello Stato Solido
((M) chapter 5)
• Reticoli e strutture cristalline
• Esperimenti di diffrazione e reticolo reciproco
• La teoria a bande degli elettroni nei cristalli: metalli e isolanti.
• La dinamica semiclassica degli elettroni nei cristalli e la conducibilità elettrica dei metalli.
• Semiconduttori: distribuzione di elettroni e lacune nei semiconduttori intrinseci, drogaggio n e p, livelli donori e accettori nel modello idrogenoide.
• Dispositivi a semiconduttore: la giunzione pn.
• Il laser. ((M), section 4.4.1)

Bibliografia consigliata

- S. Gasiorowicz, Quantum Physics, (Wiley International Editions, 2003) (G)
- C. Kittel e H. Kroemer, Thermal Physics (W. Freeman, 1980) or the Italian edition, Termodinamica Statistica, Boringhieri (Torino 1985). (KK)

- N. Manini, Introduction to the Physics of Matter, (Springer, 2014) disponibile come e-book sul sito della biblioteca. (M)
- B. H. Bransden & C. J. Joachain, Physics of Atoms and Molecules, 2nd edition, (Harlow – Prentice Hall, 2003). (BJ)
- D. Tong, Lectures on Statistical Physics http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/statphys.html. (T)

per consultazione ed approfondimento su alcuni argomenti
C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 8th edition, Wiley (2005) o l’edizione italiana della Editrice Ambrosiana.
H. Haken and H. C. Wolf, Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry, Springer, disponibile in formato elettronico sul sito della biblioteca. Cap. 4, 5, 9-13.

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezioni frontali.

Contatti/Altre informazioni

Orario di ricevimento: alle ore 17.30 dei giorni in cui è prevista una lezione del corso con termine alle 17.30.
Su appuntamento nei periodi in cui non ci sono lezioni del corso.