CHIMICA FISICA DEI MATERIALI

CHIM/02 - 8 CFU - 1° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

GIUSEPPE ROMANO COMPAGNINI


Obiettivi formativi

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


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Lezione ed esercitazioni numeriche


Prerequisiti richiesti

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



Frequenza lezioni

La frequenza è a totale responsabilià dello studente



Contenuti del corso

- 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.



Testi di riferimento

S.Elliott: The physics and chemistry of solids

C.Kittel: Introduction to solid state physics


Altro materiale didattico

http://studium.unict.it/dokeos/2018/



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Reticoli cristallini e celle unitarieS.Elliott: The physics and chemistry of solids 
2I principali legami intra-molecolari ed inter-molecolari nei solidiS.Elliott: The physics and chemistry of solids 
3Metodologie di determinazione della strutturaS.Elliott: The physics and chemistry of solids 
4Il sistema elettronico nei solidiS.Elliott: The physics and chemistry of solids 
5Vibrazioni dei reticoli cristallini e proprietà termicheS.Elliott: The physics and chemistry of solids 
6Proprietà ottiche e dielettricheS.Elliott: The physics and chemistry of solids 
7Caratteristiche dei materiali con “dimensionalità” ridottaS.Elliott: The physics and chemistry of solids 
8Materiali semiconduttori e loro applicazioniS.Elliott: The physics and chemistry of solids 
9Impiego dei laser in scienza dei materialiS.Elliott: The physics and chemistry of solids 


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

Colloquio orale con esercitazione numerica


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

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




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