Stato cristallino. Diffrazione dei raggi X. Metalli. Elettroni in un potenziale periodico debole. Struttura a bande dei solidi. Semiconduttori. Dinamica reticolare. Energia di coesione. Calore specifico dei solidi. Interazioni spin nucleari e di Zeeman. Impulsi di radiofrequenze. Carbon-detection. Rilassamento in presenza di modulazioni coerenti. Paramagnetismo. Esperimenti multidimensionali. Sequenze di impulsi. Esercitazioni su preparazione di campioni solidi.
Titolo: Solid State Physics. Autori: Neil W. Ashcroft e N. David Mermin
(qualsiasi edizione)
Titolo: Introduction to solid state physics. Autore: Charles kittel
(qualsiasi edizione)
Titolo: NMR of Paramagnetic Molecules. Autori: Ivano Bertini, Claudio Luchinat, Giacomo Parigi, Enrico Ravera
(seconda edizione)
Materiale aggiuntivo sarà fornito dai docenti attraverso la piattaforma di e-learning.
Obiettivi Formativi
Fornire una conoscenza di base della fisica dello stato solido con particolare riguardo allo stato cristallino. Studio di alcune tecniche sperimentali per l'analisi dello stato cristallino. Illustrare alcuni modelli per la descrizione delle proprietà elettroniche in solidi molecolari con esempi di metalli e semiconduttori. Conoscenza approfondita della spettroscopia NMR nei solidi e delle problematiche ad essa connesse. Fornire gli strumenti per la comprensione di sequenze di impulsi, da semplici a complesse, per la spettroscopia nei liquidi e nei solidi. Fornire conoscenze di avanguardia sulle metodologie sperimentali per la caratterizzazione di biomolecole, farmaci e materiali.
Prerequisiti
No
Metodi Didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni. Gli studenti, a seconda del loro numero, saranno invitati a selezionare e discutere uno o più lavori scientifici che riguardano gli argomenti del corso.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame è svolto oralmente e si articola nella discussione di due argomenti ciascuno riguardante uno dei due moduli in cui è suddiviso l'insegnamento.
Programma del corso
Stati della materia. Solidi amorfi. Solidi cristallini. Reticolo di Bravais e vettori primitivi. Esempi di reticoli di Bravais. Numero di coordinazione e primi vicini. Cella primitiva e cella unitaria. Cella primitiva di Wigner-Seitz. Base di una struttura cristallina. Reticolo reciproco. Prima zona di Brillouin. Piani reticolari. Indici di Miller. Classificazione dei reticoli di Bravais. Operazioni di simmetria. Gruppo spaziale e gruppo puntuale di un reticolo di Bravais. Sistemi cristallini. Diffrazione dei raggi X. Formulazione di Bragg e formulazione di von Laue. Intensità della radiazione diffratta. Metalli. Modello degli elettroni liberi. Energia di Fermi e sfera di Fermi. Energia, capacità termica e conduttività di un gas di elettroni liberi. Legge di Ohm. Metalli con modello di potenziale periodico. Teorema di Block. Condizioni al contorno di Born-von Karman. Equazione di Schroedinger e funzione d'onda per elettroni di Block. Superficie di Fermi. Elettroni in un potenziale periodico debole. Equivalenza con il modello ad elettroni liberi. Energia e funzione d'onda di uno stato elettronico energeticamente isolato. Energia e funzione d'onda di un insieme di stati elettronici energeticamente isolati. Caso di due stati elettronici. Struttura a bande e gap di energia fra bande. Semiconduttori. Legge di azione di massa. Donori e accettori. Semiconduttori di tipo p e di tipo n. Dinamica reticolare. Modi normali di un reticolo monodimensionale. Energia di coesione nei cristalli. Calore specifico dei solidi: Teorie di Einstein e di Debye. Le interazioni degli spin nucleari. Differenze tra spettroscopia di risonanza magnetica nucleare allo stato solido e quella in soluzione. Interazione di Zeeman. La necessità di campi magnetici intensi. Tempo di rilassamento longitudinale. Impulsi di radiofrequenze. Strumentazione NMR. Tempo di rilassamento trasversale. Eccitazione selettiva o a banda larga. Chemical Shielding e la sua anisotropia. Effetto della rotazione meccanica del campione. Trattazione matematica. Requisiti strumentali. Interazioni dipolo-dipolo eteronucleari. Utilizzo delle interazioni dipolo-dipolo per ottenere informazione strutturale e dinamica. Interazioni quadrupolo-campo elettrico. Interazioni dipolo-dipolo omonucleari. Effetto delle interazioni omonucleari sullo spettro di protone. Carbon-detection. Rilassamento in presenza di modulazioni coerenti. Effetto dell'interferenza tra moti coerenti e moti incoerenti. Paramagnetismo. L' interazione iperfine: shift di contatto e di pseudocontatto. Allargamento omogeneo e inomogeneo in solidi paramagnetici. NMR-crystallography. Esperimenti multidimensionali. Sequenze di impulsi. Disaccoppiamento e riaccoppiamento di interazioni nucleari per la determinazione strutturale. Esercitazioni su preparazione di campioni solidi, acquisizione e processing di spettri sotto magic angle spinning. Applicazioni: sistemi biologici e scienza dei materiali.