CONDENSED MATTER PHYSICS
- Anno accademico
- 2020/2021 Programmi anni precedenti
- Titolo corso in inglese
- CONDENSED MATTER PHYSICS
- Codice insegnamento
- CM1335 (AF:307138 AR:169910)
- Modalità
- In presenza
- Crediti formativi universitari
- 6
- Livello laurea
- Laurea magistrale (DM270)
- Settore scientifico disciplinare
- FIS/03
- Periodo
- I Semestre
- Anno corso
- 2
- Spazio Moodle
- Link allo spazio del corso
Inquadramento dell'insegnamento nel percorso del corso di studio
Obbiettivi formativi
Il corso viene offerto il primo semestre del secondo anno, ed e’ un corso obbigatorio per tutti. Si prefigge di sviluppare una metodologia rigorosa per la fisica molecolare e dello stato solido e si basa sugli strumenti matematici forniti nel corso di Metodi Matematici per la Fisica e sulle conoscenze di base di Struttura della Materia fornite dal corso di Principi di Fisica Chimica. Il corso e’ diviso grosso modo in tre parti. Nella prima parte si tratta la termodinamica e gli elementi base della meccanica statistica. Nelle seconda parte si sviluppa la teoria atomica e molecolare. L’ ultima parte e’ basata sulla teoria dello stato solido.
Il corso viene offerto il primo semestre del secondo anno, ed e’ un corso obbigatorio per tutti. Si prefigge di sviluppare una metodologia rigorosa per la fisica molecolare e dello stato solido e si basa sugli strumenti matematici forniti nel corso di Metodi Matematici per la Fisica e sulle conoscenze di base di Struttura della Materia fornite dal corso di Principi di Fisica Chimica. Il corso e’ diviso grosso modo in tre parti. Nella prima parte si tratta la termodinamica e gli elementi base della meccanica statistica. Nelle seconda parte si sviluppa la teoria atomica e molecolare. L’ ultima parte e’ basata sulla teoria dello stato solido.
Risultati di apprendimento attesi
Risultati attesi
Alla fine del corso, ci si aspetta che gli studenti abbiano familiarita’ con i seguenti argomenti
1. Identificazione delle scale caratteristiche
2. Identificazione dell’ approccio piu’ corretto per un dato problema
3. Sviluppo di un calcolo teorico
4. Metodi approssimati (per esempio perturbativi)
5. Vantaggi e svantaggi dei vari metodi
6. Lettura e comprensione di testi/articoli avanzati sull’ argomento
Alla fine del corso, ci si aspetta che gli studenti abbiano familiarita’ con i seguenti argomenti
1. Identificazione delle scale caratteristiche
2. Identificazione dell’ approccio piu’ corretto per un dato problema
3. Sviluppo di un calcolo teorico
4. Metodi approssimati (per esempio perturbativi)
5. Vantaggi e svantaggi dei vari metodi
6. Lettura e comprensione di testi/articoli avanzati sull’ argomento
Prerequisiti
Prerequisiti
E’ richiesta la conoscenza dei Metodi Matematici al livello di quello offerto dal Corso di Metodi Matematici per la Fisica o equivalente. E’ raccomandata anche la conoscenza della fisica classica (Meccanica Classica, Termodinamica, Elettromagnetismo), al livello di una triennale di ambito scientifico. Utile, ma non necessaria, la conoscenza dei principi di Meccanica Quantistica al livello di corso di Struttura della Materia o Elementi di Chimica Fisica o equivalenti
E’ richiesta la conoscenza dei Metodi Matematici al livello di quello offerto dal Corso di Metodi Matematici per la Fisica o equivalente. E’ raccomandata anche la conoscenza della fisica classica (Meccanica Classica, Termodinamica, Elettromagnetismo), al livello di una triennale di ambito scientifico. Utile, ma non necessaria, la conoscenza dei principi di Meccanica Quantistica al livello di corso di Struttura della Materia o Elementi di Chimica Fisica o equivalenti
Contenuti
Course layout
THERMODYNAMIC POTENTIALS (Legendre transform, Euler and Gibbs-Duhem equations, Helmholts and Gibbs potentials, grand-potentials)
STATISTICAL MECHANICS (Kinetic Theory, Maxwell-Boltzmann, Fermi-Dirac and Bose-Einstein distributions)
TRANSPORT THEORY(Drude Theory, Thermal and electrical conductivity, Fermi ideal gas, Sommerfeld theory, Wiedeman-Franz law)
EXACT SOLUTION FOR HYDROGEN ATOM (Augular momentum theory, Legendre equation, Frobenius method, radial equation and solution )
ATOMISTIC AND MOLECULAR THEORY (Perturbation theory, ground state of Helium atom, parahelium and orthohelium)
CRYSTAL STRUCTURE (Bravais lattice, Reciprocal lattice, Brillouin zone)
BAND THEORY(Bloch theorem, two-levels example and bands)
HARMONIC CRYSTAL(Harmonic potential, Normal modes for a biatomistic molec)
QUANTUM CRYSTAL()
Additional topics
DIAMAGNETISM AND PARAMAGNETISM
ELECTRON INTERACTIONS AND FERROMAGNETISM
THERMODYNAMIC POTENTIALS (Legendre transform, Euler and Gibbs-Duhem equations, Helmholts and Gibbs potentials, grand-potentials)
STATISTICAL MECHANICS (Kinetic Theory, Maxwell-Boltzmann, Fermi-Dirac and Bose-Einstein distributions)
TRANSPORT THEORY(Drude Theory, Thermal and electrical conductivity, Fermi ideal gas, Sommerfeld theory, Wiedeman-Franz law)
EXACT SOLUTION FOR HYDROGEN ATOM (Augular momentum theory, Legendre equation, Frobenius method, radial equation and solution )
ATOMISTIC AND MOLECULAR THEORY (Perturbation theory, ground state of Helium atom, parahelium and orthohelium)
CRYSTAL STRUCTURE (Bravais lattice, Reciprocal lattice, Brillouin zone)
BAND THEORY(Bloch theorem, two-levels example and bands)
HARMONIC CRYSTAL(Harmonic potential, Normal modes for a biatomistic molec)
QUANTUM CRYSTAL()
Additional topics
DIAMAGNETISM AND PARAMAGNETISM
ELECTRON INTERACTIONS AND FERROMAGNETISM
Testi di riferimento
Solid State Physics
N. W. Ashcroft e N. D. Mermin: Solid State Physics (Saunders College 1976) [BAS]
C. Kittel: Introduction to Solid State Physics (J. Wiley & Sons, Canada 1971) [BAS]
J. R. Hooke e H.E. Hall: Solid State Physics (J. Wiley & Son, 1999) [BAS]
Atomic and Molecular Physics
L. I. Schiff: Quantum Mechanics (Mc. Graw-Hill 1968) [BAS]
C. Cohen, B. Diu, F. Laloe: Quantum Mechanics Vol 1 e 2 (Wiley Hermann 1977) [BAS]
R. Feynman, R. Leighton e M. Sands: La Fisica di Feynman Vol III (Masson Italia Editori, Milano 1985) [BAS]
M.Blinder: Introduction to Quantum Mechanics (Elsevier 2004) [BAS]
James E. House: Fundamental of Quantum Chemistry (Elvevier 2004) [BAS]
Statistical Thermodynamics
F. Reif: Fundamental of Statistical and Thermal Physics (MC Graw Hill 1987) [BAS]
C. Kittel e H. Kroemer: Termodinamica Statistica (Boringhieri 1985) [BAS]
L. Reichl: A Modern Course in Statistical Physics (University of Texas 1980) [BAS]
H. B. Callen: Thermodynamics and an Introduction to Thermostatics (Wiley & Son 1985) [BAS]
N. W. Ashcroft e N. D. Mermin: Solid State Physics (Saunders College 1976) [BAS]
C. Kittel: Introduction to Solid State Physics (J. Wiley & Sons, Canada 1971) [BAS]
J. R. Hooke e H.E. Hall: Solid State Physics (J. Wiley & Son, 1999) [BAS]
Atomic and Molecular Physics
L. I. Schiff: Quantum Mechanics (Mc. Graw-Hill 1968) [BAS]
C. Cohen, B. Diu, F. Laloe: Quantum Mechanics Vol 1 e 2 (Wiley Hermann 1977) [BAS]
R. Feynman, R. Leighton e M. Sands: La Fisica di Feynman Vol III (Masson Italia Editori, Milano 1985) [BAS]
M.Blinder: Introduction to Quantum Mechanics (Elsevier 2004) [BAS]
James E. House: Fundamental of Quantum Chemistry (Elvevier 2004) [BAS]
Statistical Thermodynamics
F. Reif: Fundamental of Statistical and Thermal Physics (MC Graw Hill 1987) [BAS]
C. Kittel e H. Kroemer: Termodinamica Statistica (Boringhieri 1985) [BAS]
L. Reichl: A Modern Course in Statistical Physics (University of Texas 1980) [BAS]
H. B. Callen: Thermodynamics and an Introduction to Thermostatics (Wiley & Son 1985) [BAS]
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame
Scritto e orale.
Descrizione esame
Il voto finale sara’ una media della parte orale (che vale il 50% del voto finale) e della media del voto riportato negli homework che vengono assegnati durante il corso (e che valgono l’ altro 50% del voto finale). Tutti gli homework devono essere consegnati entro la scandenza prevista, pena il non poter fare l’ esame orale. Qualsiasi ritardo nella loro consegna verra’ penalizzato in termini di punteggio. Il tempo a disposizione per ogni homework e’ di circa tre settimane.
Scritto e orale.
Descrizione esame
Il voto finale sara’ una media della parte orale (che vale il 50% del voto finale) e della media del voto riportato negli homework che vengono assegnati durante il corso (e che valgono l’ altro 50% del voto finale). Tutti gli homework devono essere consegnati entro la scandenza prevista, pena il non poter fare l’ esame orale. Qualsiasi ritardo nella loro consegna verra’ penalizzato in termini di punteggio. Il tempo a disposizione per ogni homework e’ di circa tre settimane.
Metodi didattici
Metodi didattici
La recente crisi pandemica ha evidenziato le opportunita’ da cogliere fornite dai nuovi strumenti didattici. Il corso e’ stato quindi rivisto completamente su questa base in modo da aggiungere, al tradizionale approccio metodologico fornito dalle lezioni descritte in dettaglio alla lavagna elettronica, anche la possibilita’ di fornire degli esempi piu’ complessi la cui soluzione necessita di un approccio numerico.
Le registrazioni di tutte le lezioni e tutto il materiale didattico verra’ reso disponibile nella piattaforma Moodle dedicate.
La recente crisi pandemica ha evidenziato le opportunita’ da cogliere fornite dai nuovi strumenti didattici. Il corso e’ stato quindi rivisto completamente su questa base in modo da aggiungere, al tradizionale approccio metodologico fornito dalle lezioni descritte in dettaglio alla lavagna elettronica, anche la possibilita’ di fornire degli esempi piu’ complessi la cui soluzione necessita di un approccio numerico.
Le registrazioni di tutte le lezioni e tutto il materiale didattico verra’ reso disponibile nella piattaforma Moodle dedicate.
Lingua di insegnamento
Inglese
Altre informazioni
LA STRUTTURA E I CONTENUTI DELL'INSEGNAMENTO POTRANNO SUBIRE VARIAZIONI IN CONSEGUENZA DELL'EPIDEMIA DI COVID-19
Modalità di esame
scritto e orale
Programma definitivo.
Data ultima modifica programma: 22/02/2021