CHIMICA FISICA DEI MATERIALI

Comprendere a fondo la struttura della materia allo stato solido, la spettroscopia e le possibili applicazioni dei materiali

Lezione ed esercitazioni numeriche

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 a totale responsabilià dello studente

- 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

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