CHIMICA FISICA DEI MATERIALI

Conoscenza e capacità di comprensione: Conscere e comprendere a fondo la struttura della materia allo stato solido e le tecniche di caratterizzazione

Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Conoscere e comprendere le possibili applicazioni dei materiali funzionali

Autonomia di giudizio: Giudicare autonomamente tematiche di interesse nel campo dei materiali

Abilità comunicative: Comunicare le proprie conoscenze ad esperti del settore e di altri ambiti scientifico/tecnologici

Capacità di apprendimento: Essere capaci di comprendere i testi specialistici e la letteratura nel campo.

Lezione ed esercitazioni numeriche

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Nozioni di matematica come da programmi della scuola secondaria superiore

Nozioni di analisi matematica

Fisica generale e sperimentale

Chimica generale

Chimica fisica I e II

La frequenza è fortemente consigliata. Ciascuno studente ne è responsabile

- Struttura cristallina
Reticoli cristallini e celle unitarie. Simmetrie spaziali e simmetrie di punto. Reticoli cristallini e reticoli di Bravais. Direzioni cristalline e piani cristallini. Indici di Miller. Energia di impaccamento. Strutture ad alto impaccamento. Cristalli covalenti, cristalli ionici, cristalli molecolari. Difetti nelle strutture cristalline. Difetti di punto e difetti estesi. Termodinamica dei difetti di punto.

- Metodologie di determinazione della struttura
Interferenza e diffrazione: concetti generali. Diffrazione in reticoli cristallini. Legge di Laue e legge di Bragg. Trasformate di Fourier e reticoli reciproci. Caratteristiche diffrattive di monocristalli e policristalli. La diffrazione in sistemi nanocristallini e nei solidi amorfi.

- Il sistema elettronico dei solidi
Trasporto di carica nei solidi: richiami. Elettroni liberi ed elettroni legati. Struttura a bande e teorema di Bloch. Relazioni di dispersione elettronica. Densità degli stati elettronici. Distribuzione di Fermi- Dirac. Metalli, semiconduttori, isolanti. Determinazione della struttura elettronica e alcune tecniche correlate. Applicazioni ai nanomateriali.

- Materiali semiconduttori e loro applicazioni
Portatori di carica nei semiconduttori ed il concetto di lacune. Moto di lacune ed elettroni in un campo elettrico. Concentrazione di portatori e legge di azione di massa. Semiconduttori a gap diretta ed indiretta. Semiconduttori drogati. Cenni su alcuni dispositivi a semiconduttore: diodo, transistore, transistore ad effetto di campo. Applicazioni in elettronica fotonica.

- Vibrazioni dei reticoli cristallini e proprietà termiche
Vibrazioni molecolari e vibrazioni nei solidi cristallini: un confronto. Relazioni di dispersione vibrazionali. Branche acustiche e branche ottiche. Il concetto di fonone. Densità di stati vibrazionale. Frequenze di Debye. Approcci spettroscopici per lo studio delle vibrazioni reticolari. Proprietà termiche dei solidi, legge di Dulong e Petit. Deviazioni a basse temperature.

- Proprietà dielettriche ed ottiche
Polarizzabilità statica e dinamica. Funzione dielettrica. Risposta macroscopica di un materiale alla radiazione elettromagnetica. Assorbimento, riflessione, diffusione elastica ed anelastica. Modello di Lorentz, indice di rifrazione complesso e correlazione con la funzione dielettrica. Elettroni liberi e risonanza plasmonica. Applicazioni in energetica, catalisi ed ambiente. I laser ed il loro uso in chimica e nella scienza dei materiali.

S.Elliott: The physics and chemistry of solids

C.Kittel: Introduction to solid state physics

Colloquio orale con esercitazione numerica

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Tutte le domande relative alla struttura elettronica e vibrazionale dei mateiali, la spettroscopia e le applicazioni tecnologiche