MODERN CONDENSED MATTER PHYSICS

Questo modulo appartiene alle attività formative del curriculum di Quantum Science and Technology del Corso di Laurea Magistrale in Engineering Physics e consente allo studente di acquisire la conoscenza e la comprensione dei concetti fondamentali e applicativi della fisica della materia condensata.

Il corso si collega alla ricerca in corso nel Dipartimento, ed ha come obiettivo quello di capire gli aspetti fondamentali della fisica della materia condensata. Si studieranno i modelli di interazione tra diversi sottosistemi, e l’interazione luce materia nei solidi. Infine, si studieranno i materiali di Dirac e i sistemi topologici. In particolare, si studieranno i diagrammi di fase strutturali ed elettronici che possono stabilizzarsi sulla superficie dei materiali, aspetti fondamentali sul magnetismo e la fisica dei sistemi di elettroni fortemente correlati. Il corso includerà alcune moderne tecniche sperimentali comunemente utilizzate per la caratterizzazione e analisi dei materiali. Verrà data particolare attenzione allo sviluppo del pensiero critico e alla lettura della letteratura scientifica, presentando lavori rilevanti in classe ed eseguendo semplici calcoli.

Alla fine del corso, lo studente sarà in grado di descrivere e calcolare i modelli della fisica della materia più importanti, e le moderne tecniche sperimentali per investigare i materiali solidi.

Conoscenza e capacità di comprensione:

- Conoscere e comprendere le leggi della fisica moderna e la loro importanza nello sviluppo tecnologico
- Comprendere il metodo scientifico e la sua rilevanza nello studio dei fenomeni naturali e nel pensiero critico
- Comprendere l’importanza della cultura scientifica nei processi di innovazione delle tecnologie moderne

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
- Usare la matematica necessaria per descrivere i fenomeni naturali
- Riuscire ad identificare la tecnica migliore per l' indagine sperimentale dei materiali.

Autonomia di giudizio:
- Saper valutare la consistenza logica dei risultati a cui porta l’applicazione delle conoscenze apprese, sia in ambito teorico sia nel caso di dati sperimentali.
- Saper riconoscere eventuali errori tramite un’analisi critica del metodo applicato

Abilità comunicative:
- Saper comunicare le conoscenze apprese e il risultato della loro applicazione utilizzando una terminologia appropriata, sia in ambito orale sia scritto
- Saper interagire con il docente e con i colleghi di corso in modo rispettoso e costruttivo, in particolare durante i lavori realizzati in gruppo

Capacità di apprendimento:
- Saper prendere appunti, selezionando e raccogliendo le informazioni a seconda della loro importanza e priorità
- Saper essere sufficientemente autonomi nella raccolta di dati e informazioni rilevanti alla problematica investigata


L'obiettivo principale di questo corso è che gli studenti acquisiscano un'introduzione ad alcuni dei moderni sviluppi della ricerca degli ultimi anni nel campo della fisica della materia condensata.

Sarà previsto, alla fine del corso:

- Una comprensione generale degli argomenti trattati nel modulo
- La conoscenza degli attuali temi di ricerca in fisica dello stato solido
- La capacità di risolvere problemi utilizzando una varietà di tecniche
- La capacità di effettuare una ricerca bibliografica
- Lo sviluppo delle competenze di base nella modellazione numerica di problemi di fisica

Fisica 1, Fisica 2, Meccanica Quantistica.

Gli argomenti trattati includono:

Stati elettronici
Teoria del liquido di Fermi
Magnetismo
Topologia
Sonde sperimentali

Nello specifico verranno trattati il ruolo dei modelli e delle approssimazioni in fisica, Einstein/Debye, Teoria di Drude, Elettroni liberi (Sommerfeld). Simmetrie e parametri d'ordine: ferromagnetismo e ferroelettricità. Multiferroici. Dinamica della magnetizzazione: equazione LLG. Interazione luce-materia (fondamenti). Interazioni elettrone-reticolo: superconduttività.

David Snoke, Solid State Physics - Essential Concepts, Cambridge university press (2020)
Steven H. Simon, Solid State Basics (Oxford University Press, 2013)

Il raggiungimento degli obiettivi dell'insegnamento viene valutato attraverso la partecipazione alle attività e alle esercitazioni assegnate durante il corso e un esame finale scritto.

L'esame scritto finale è composto da problemi simili a quelli svolti in classe durante il lavoro di gruppo. Durante il compito non è consentito l'uso di appunti, libri e altro materiale didattico. Un fac-simile del compito sarà reso disponibile.

Gli studenti frequentanti le lezioni possono accumulare ulteriori punti partecipando ai quiz e alle esercitazioni proposte in classe. Il bonus verrà aggiunto al voto del compito scritto.

Lezioni frontali, esercizi svolti a casa e in presenza, analisi della letteratura, semplici simulazioni.

Inglese

Modalità di esame

Quiz a risposta multipla (durante seminari), esame finale scritto con possibilità di orale

scritto e orale