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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA DEI MATERIALI
Insegnamento
FISICA DELLO STATO SOLIDO
INM0018236, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
INGEGNERIA DEI MATERIALI
IN0523, ordinamento 2014/15, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 9.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese SOLID STATE PHYSICS
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII)
Sito E-Learning https://elearning.unipd.it/dii/course/view.php?idnumber=2019-IN0523-000ZZ-2019-INM0018236-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ANDREA GASPAROTTO FIS/01

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Discipline fisiche e chimiche FIS/01 3.0
CARATTERIZZANTE Discipline fisiche e chimiche FIS/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Primo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 9.0 72 153.0

Calendario
Inizio attività didattiche 30/09/2019
Fine attività didattiche 18/01/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2014

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
10 A.A. 2018/19 01/10/2018 30/11/2019 GASPAROTTO ANDREA (Presidente)
NAPOLITANI ENRICO (Membro Effettivo)
BAZZAN MARCO (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: nessuno
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il corso intende fornire anzitutto allo studente di Ingegneria una conoscenza di base dei principi della fisica moderna, in particolare delle basi sperimentali e teoriche della teoria quantistica, introducendo le nozioni di meccanica ondulatoria, il concetto di funzione d’onda e la sua interpretazione probabilistica, e discutendo alcuni degli esperimenti e fenomeni che hanno portato a introdurre e sviluppare la teoria dei quanti. In una seconda fase lo studente apprende le basi teoriche della descrizione di un sistema solido a molti atomi, che permettono di descrivere il comportamento degli elettroni in un potenziale cristallino periodico e di arrivare a comprendere la teoria delle bande di energia. In una terza fase lo studente affronta alcuni esempi importanti della fisica dello stato solido, in particolare l’applicazione della teoria delle bande alla descrizione delle proprietà di materiali conduttori e semiconduttori, ed eventualmente anche delle proprietà magnetiche e termiche. Verranno infine descritti degli esempi di applicazioni importanti delle teorie introdotte, con particolare accento sui principi di funzionamento di alcuni fondamentali dispositivi a semiconduttore e sulle loro tecnologie di fabbricazione. Oltre alla comprensione delle parti teoriche, allo studente verrà chiesto di imparare a risolvere qualche problema pratico basandosi su alcuni semplici esercizi applicativi numerici.
Modalita' di esame: Esame scritto con tipologia di domande varia: domande a risposta multipla, domande aperte di teoria, risoluzione di esercizi applicativi numerici. Prova orale facoltativa, necessaria a discrezione del docente per votazioni incerte.
Criteri di valutazione: La valutazione dello studente si baserà sia sulla comprensione delle basi teoriche studiate, sia sulla risoluzione di semplici esercizi numerici che consentano di valutare la capacità di applicare la teoria a casi concreti; sarà richiesta anche la comprensione del funzionamento e la descrizione di alcuni importanti dispositivi tecnologici, in particolare a semiconduttore.
Contenuti: Riepilogo delle principali nozioni di meccanica ondulatoria.
Fenomeni ed esperimenti storici di introduzione alla Fisica Quantistica: radiazione di corpo nero e teoria di Planck, effetto fotoelettrico, effetto Compton, Diffrazioni di raggi X e d elettroni. Dualismo onda-corpuscolo, principio di indeterminazione di Heisenberg, proprietà ondulatorie della materia e relazioni di De Broglie. Funzioni d’onda, significato probabilistico, equazioni e teoria di Schroedinger, cenni alla descrizione quantistica delle grandezze fisiche, equazioni agli autovalori e autovettori. Esempi con particelle in moto in potenziali costanti a tratti, buche e barriere di potenziale. Descrizione quantistica dell’atomo a un elettrone, livelli energetici quantizzati, quantizzazione del momento angolare, spin. Atomi a più elettroni, principio di esclusione di Pauli, interazione di scambio. Sistemi di molte particelle, distribuzioni statistiche classiche (Boltzmann) e quantistiche (Fermi-Dirac, Bose – Einstein). Richiamo delle principali proprietà fenomenologiche dei solidi. Conduzione nei metalli, teoria classica e quantistica, gas di elettroni, sfera di Fermi, energia di Fermi. Teoria delle Bande, introduzione fenomenologica, potenziale periodico, reticolo reciproco, piani di Bragg e zone di Brillouin, origine del bandgap. Teorema di Bloch, elettroni di Bloch, massa efficace. Proprietà generali dei semiconduttori, tecnologie e applicazioni. Semiconduttori intrinseci e drogati, concentrazioni di portatori, resistività e mobilità. Diffusione di portatori. Giunzione p-n, in condizioni di equilibrio e di polarizzazione diretta e inversa, corrente elettrica nella giunzione, diodo. Transistor bipolare. Giunzioni metallo-semiconduttore, diodo MOS, transistor a effetto di campo. Dispositivi a eterogiunzione e proprietà quantistiche, dispositivi LED e Laser. Proprietà magnetiche dei solidi, dia- e para-magnetismo, ferromagnetismo, spiegazione quantistica.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali in aula.
Se possibile, in relazione al numero di studenti frequentanti, verranno organizzate visite didattiche ai laboratori di ricerca coinvolti nello studio delle proprietà dei solidi descritte nel corso.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Oltre ai libri di testo sottoindicati, verranno distibuite copie degli appunti di lezione a cura del docente.
Testi di riferimento:
  • Andrea Castro, Proprietà Fisiche della Materia. --: libreriauniversitaria.it, 2009. Cerca nel catalogo
  • Robert Eisberg - Robert Resnick, Quantum Physics of Atoms-Molecules-Solids-Nuclei-Particles. --: Wiley, 1985. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Problem based learning
  • Working in group
  • Questioning
  • Active quiz per verifiche concettuali e discussioni in classe
  • Utilizzo di video disponibili online o realizzati
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)
  • kahoot active quiz

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Industria, innovazione e infrastrutture