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. Interazioni anisotropiche tra spin nei solidi. Rilassamento in presenza di modulazioni coerenti. Paramagnetismo. Esperimenti multidimensionali. Sequenze di impulsi. Applicazioni allo studio di materilai e biomolecole.
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)
M. H. Levitt, Spin Dynamics, Basics of Nuclear Magnetic Resonance, 2001, Wiley (esiste anche una seconda edizione del 2006)
James Keeler, Understanding NMR Spectroscopy 2002
approfondimenti su Paramagnetic NMR in:
Bertini, Luchinat, Parigi, Solution NMR of Paramagnetic Molecules, Elsevier 2001
Per la parte di Solid State NMR:
Melinda J. Duer, Solid-State NMR Spectroscopy Principles and Applications 2002 Blekwell Science
Michael Mehring, High resolution solid-state NMR spectroscopy, 1976 Springer -Verlag
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.
Altre Informazioni
Saranno disponibili i materiali su Moodle
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. Interazioni nell'NMR di solido: Interazione di chemical shift, dipolare e quadrupolare e loro anisotropia. Tempo di rilassamento longitudinale e trasversale. Impulsi di radiofrequenze. Strumentazione NMR. Tecnica di Magic Angle spinning (MAS) e sua influenza sulla larghezza di riga. Trattazione matematica. Requisiti strumentali.
Sequenze NMR di solido e techiche per avere informazioni strutturali.
Cross-Polarizzazione, homonulcear and heteronuclear decoupling. Sequenze REDOR. Sequenze per la caratterizzaione dei Materiali e delle Biomolecole.
Esperimenti multidimensionali. Esercitazioni su preparazione di campioni solidi, acquisizione e processing di spettri sotto magic angle spinning. Applicazioni: sistemi biologici e scienza dei materiali.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Questo corso è un corso che forma concetti fondamentali sia per la formazione chimica che per la vita moderna. L'impatto di questo corso è anche su tutti e 17 gli obiettivi della Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile.