CHIMICA FISICA DEI MATERIALI

CHIM/02 - 8 CFU - 1° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

GIUSEPPE ROMANO COMPAGNINI
Email: gcompagnini@unict.it
Edificio / Indirizzo: dipartimento di scienze chimiche - viale a. doria 6
Telefono: 095 7385077
Orario ricevimento: Da lunedì a venerdì dalle 9:00 alle 10:00. Per non interferire con altre attività istituzionali è necessario inviare un messaggio via email almeno 3 giorni prima


Obiettivi formativi

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


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

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.


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

disponibile su https://studium.unict.it in area riservata agli studenti



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

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


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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