Programma:

1 I fondamenti sperimentali della meccanica del microscopico.
Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Fotoni ed interferenza. Diffrazione di particelle. Righe spettrali e livelli energetici. Quantizzazione spaziale. L'esperimento di Young. L'interpretazione statistica. Il principio di sovrapposizione. Il principio di indeterminazione. Limiti concettuali ed ipotesi implicite. Stabilità della struttura atomica. Vita media e larghezza dei livelli energetici. Descrizione in termini ondulatori di una particella libera. Particelle in un campo di forze. Il principio di corrispondenza.
2 Il modello quantico.
Definizione della funzione d'onda. Valori di aspettazione delle variabili dinamiche. Connessione fra rappresentazioni diverse di uno stesso stato. Operatori di impulso e di posizione. Operatori e variabili dinamiche.
3 Evoluzione temporale della funzione d'onda.
Propagazione di un pacchetto d'onde. L'equazione di Schroedinger. Correnti di particelle e di carica.
4 Applicazioni elementari dell'equazione di Schroedinger.
Buca di potenziale infinita a pareti rigide. Potenziale a gradini. Oscillatore armonico. Calcolo perturbativo di stati stazionari. Buche di potenziale contigue. Transizioni fra stati stazionari. Gradino di potenziale. Effetto tunnel. Teorema di Bloch. Dinamica di una particella in un potenziale periodico. Densità di livelli all'interno di una banda permessa. Il modello di Kronig e Penney. Scatola di potenziale a pareti rigide.
5 L'atomo di idrogeno.
Sistemi centrali legati. Teoria di Bohr-Sommerfeld. L'equazione di Schroedinger dell'atomo di idrogeno. Parte angolare della funzione d'onda. I numeri quantici l ed m. Parte radiale della funzione d'onda.
6 Proprietà magnetiche degli atomi.
Momento angolare e momento magnetico di un elettrone in un campo centrale. Momento angolare e magnetico di spin. Interazione spin-orbita e struttura fine dei livelli energetici. Struttura iperfine.
7 Effetti di campi esterni sui livelli energetici atomici..
Calcolo del momento magnetico atomico. Effetto Zeeman. Effetto Stark.
8 Atomi con più elettroni.
L'atomo di elio. Il principio di Pauli. Il determinante di Slater. Sistema periodico e struttura elettronica degli atomi. Cenno ai metalli alcalini.
9 Cenni di fisica molecolare.
Lo ione molecolare idrogeno. Molecole biatomiche. Spettri molecolari. Spettri di inversione.

1 La struttura dei cristalli.
Reticolo cristallino, base, piani e direzioni reticolari. Strutture tipiche. Elementi di cristallografia, teoria e dispositivi sperimentali.
2 Forze interatomiche.
Legame ionico, legame covalente, legame metallico, legame idrogeno, legame di van der Waals.
3 Dinamica del reticolo.
Vibrazioni reticolari in una catena unidimensionale mono- e bi-atomica. Vibrazioni reticolari in tre dimensioni. Fononi. Contributo vibrazionale alla capacità termica. Densità degli stati. Effetti di anarmonicità: espansione termica. Conducibilità termica.
4 Elettroni liberi nei metalli.
Il modello di elettrone libero. Stato fondamentale di un gas di elettroni liberi a temperatura nulla ed a temperatura finita. Capacità termica di un gas di elettroni liberi. Metalli. Spettro di emissione di raggi X molli. Proprietà di trasporto degli elettroni di conduzione. Conduttività elettrica e termica. Effetto Hall. Metalli reali. Superficie di Fermi. Densità degli stati alla superficie di Fermi. Dinamica degli elettroni. Determinazione sperimentale delle superficie di Fermi. Orbite di ciclotrone. Effetto de Haas-van Alphen. Liquidi di Fermi. Transizione di Mott.
5 Effetti del potenziale reticolare periodico.
Bande di energia. Teoria dell'elettrone quasi-libero. Metalli, isolanti e semiconduttori. Approssimazione Tight binding. Stati elettronici in una catena unidimensionale. Stati elettronici nel diamante, nel silicio e nel germanio. Teoria della massa effettiva.
6 Semiconduttori.
Lacune. Impurezze p ed n. Eccitazione termica dei portatori di carica. Comportamento intrinseco ed estrinseco. Assorbimento di radiazione elettromagnetica. Proprietà di trasporto. Conducibilità elettrica, effetto Hall, risonanza di ciclotrone. Densità dei portatori in condizioni di non equilibrio. Equazione di continuità. Generazione e ricombinazione.
7 Dispositivi con semiconduttori.
Giunzioni p-n con bias nullo e diverso da zero. Diodi emettitori di luce. Celle solari. Transistor a giunzione. Eterogiunzioni.
8 Proprietà magnetiche della materia.
Magnetizzazione di ioni paramagnetici. Paramagnetismo degli elettroni di conduzione. Suscettività magnetica. Diamagnetismo. Interazione di scambio. Ferromagnetismo. Modello di campo molecolare. Antiferromagnetismo. Onde di spin. Domini magnetici.
9 Proprietà elettriche degli isolanti.
Dielettrici. Polarizzazione elettronica e reticolare. Costante dielettrica e vibrazioni reticolari. Materiali piezoelettrici. Modello di Landau.
10 Superconduttività.
Proprietà fenomenologiche. Superconduttori di I e II tipo. Equazione dei London. Teoria BCS. Fenomeni quantistici microscopici.

Testi di riferimento:

H. Goldstein, Meccanica Classica (Zanichelli); C. Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido (Boringhieri); J.R. Hook H.E. Holl, Solid State Physics (J. Wiley and sons), Ashcroft, Mermin, Solid State Physics (International Edition).