L’obiettivo formativo fondamentale consiste nella acquisizione di conoscenze approfondite relative alle proprietà, alla preparazione e stabilità dei materiali bidimensionali (semimetalli, semiconduttori e metalli) ed ai meccanismi di trasporto in materiali disordinati a bassa dimensionalita’.
Alla fine del corso lo studente sarà in grado di comprendere ed inquadrare in un contesto generale gli sviluppi più recenti relativi alla sintesi, alle proprietà ottiche e di trasporto in materiali bidimensionali (giant Faraday rotation, anomalous Berry phase, Klein tunnelling), focalizzando l’attenzione sull’esempio del grafene e dei calcogenuri di transizione. In una seconda parte corso vertera’ verso lo studio del trasporto in materiali bidimensionali disordinati e granulari, affrontando la teoria della localizzazione (stati localizzati ed estesi, localizzazione di Anderson, finite temperatures ed effetti di scattering inelastico), il trasporto tra stati localizzati a temperature finite e trasporto mediante hopping (VRH, NNH, ES-VRH), concetti di localizzazione forte e debole per materiali metallici disordinati e per strutture a bassa dimensionalita’.
Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:
Conoscenza e capacità di comprensione:
Capacità di applicare conoscenza:
Autonomia di giudizio:
Abilità comunicative:
Capacità di apprendimento:
Lezioni frontali (modalita’ di lezione da remoto tramite Microsoft Teams saranno utilizzate in caso di restrizioni delle attivita’ frontali, come da direttive d’Ateneo).
Durante ogni lezione verrà dato spazio agli studenti per domande e commenti. L’interazione docente-studente durante le lezioni costituisce uno degli aspetti didattici-educativi fondamentali del corso.
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.
Sono indispensabili estese ed approfondite conoscenze di: Termodinamica, Elettromagnetismo, Meccanica quantistica, Struttura della materia, Fisica dello stato solido.
La frequenza al corso è di norma obbligatoria (consultare il Regolamento Didattico del Corso di Studi).
1) Introduzione a graphene e materiali bidimensionali: dai materiali 3D con legami di Van der Waals a materiali bidimensionali. L’esempio del grafene.
2) La struttura elettonica e le proprieta' elettriche e ottiche: trasporto di portatori in grafene. Film nanostrutturati di grafene. Effetti quantistici dovuti alla struttura bidimensionale (quantum Hall effect and Faraday rotation).
3) Proprieta' ottiche dei materiali 2D nel visibile e nel vicino infrarosso.
4) Sintesi di materiali bidimensionali: Mechanical exfoliation, Chemical vapour deposition, Solution Processing (Liquid phase, chemical routes), Nano-compositi.
5) Dispositivi nanostrutturati: giunzioni di materiali 2D. Giunzioni ibride e disporitivi ibridi 1D-2D o quantum-dots/grafene. Field-effect transistor con materiali 2D.
6) Film sottili trasparenti e conduttori: Confronto con TCO, applicazioni in elettronica flessibile e stampata.
7) Trasporto in materiali disordinati e granulari.
8) Concetti di localizzazione forte e debole per materiali metallici disordinati e per strutture a bassa dimensionalita’.
9) Teoria della localizzazione (stati localizzati ed estesi, localizzazione di Anderson, finite temperatures ed effetti di scattering inelastico).
10) Trasporto tra stati localizzati a temperature finite e trasporto mediante hopping (VRH, NNH, ES-VRH).
1) “Quantum Transport-Atom to transistor”, S. Datta, Cambridge University Press 2005
2) “Transport in Nanostructures”, D. K. Ferry, S. M. Goodnick, J. Bird, Cambridge University Press 2009
3) “The Physics of low-dimensional semiconductors-an introduction”, J. H. Davies, Cambridge University
4) “The Physics of graphene”, M. I. Katsnelshon, Cambridge University Press.
5) "Electronic Processes in Non-crystalline Materials" Oxford University Press, 1979.
Argomenti | Riferimenti testi | |
---|---|---|
1 | 1) Introduzione a graphene e materiali bidimensionali: dai materiali 3D con legami di Van der Waals a materiali bidimensionali. L’esempio del grafene. | 3,4 |
2 | 2) La struttura elettonica e le proprieta' elettriche e ottiche: trasporto di portatori in grafene. Film nanostrutturati di grafene. Effetti quantistici dovuti alla struttura bidimensionale (quantum Hall effect and Faraday rotation). | 2,4 |
3 | 3) Proprieta' ottiche dei materiali 2D nel visibile e nel vicino infrarosso. | 4 |
4 | 4) Sintesi di materiali bidimensionali: Mechanical exfoliation, Chemical vapour deposition, Solution Processing (Liquid phase, chemical routes), Nano-compositi. | 4,6 |
5 | 5) Dispositivi nanostrutturati: giunzioni di materiali 2D. Giunzioni ibride e disporitivi ibridi 1D-2D o quantum-dots/grafene. Field-effect transistor con materiali 2D. | 1,2,3,4 |
6 | 6) Film sottili trasparenti e conduttori: Confronto con TCO, applicazioni in elettronica flessibile e stampata. | |
7 | 7) Trasporto in materiali disordinati e granulari. | 2,5 |
8 | 8) Concetti di localizzazione forte e debole per materiali metallici disordinati e per strutture a bassa dimensionalita’. | 3,4,5 |
9 | 9) Teoria della localizzazione (stati localizzati ed estesi, localizzazione di Anderson, finite temperatures ed effetti di scattering inelastico). | 3,5 |
10 | 10) Trasporto tra stati localizzati a temperature finite e trasporto mediante hopping (VRH, NNH, ES-VRH). | 1,2,5 |
MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO
L'esame consiste in una presentazione/tesina sviluppata dallo studente su un argomento inerente il programma del corso e concordato con i docenti. Prendendo spunto dalla presentazione/tesina sviluppata dallo studente, seguiranno domande sulla restante parte del programma. La valutazione terrà conto del livello di approfondimento dell'argomento, della conoscenza degli argomenti di base, della proprietà di linguaggio, della chiarezza espositiva, della capacità di individuare applicazioni anche interdisciplinari.
La durata tipica della prova orale va da 30 a 45 minuti.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
APPELLI D'ESAME
Per la prova orale sono fissati 2 appelli nel I periodo di sessione di esami, 2 appelli nel II periodo di sessione di esami e 2 appelli nel III periodo di sessione di esami.
Sono inoltre fissati 2 appelli riservati a studenti fuori corso e ritardatari (comma 5 e 5 bis del regolamento didattico d’ateneo) durante la sospensione della attività didattica, generalmente nel periodo aprile/maggio oppure novembre/dicembre.
Non sono previsti ulteriori appelli oltre quelli approvati dalla segreteria didattica.Consultare il Calendario di Esami al sito: https://www.dfa.unict.it/corsi/LM-17/esami.
ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI
Alcuni argomenti tipicamente oggetto di domanda durante la prova orale sono i seguenti: