Insegnamento NANOMAGNETISMO E SPINTRONICA
Nome del corso di laurea | Fisica |
---|---|
Codice insegnamento | GP005936 |
Curriculum | Fisica della materia |
Docente responsabile | Gianluca Gubbiotti |
Docenti |
|
Ore |
|
CFU | 6 |
Regolamento | Coorte 2020 |
Erogato | Erogato nel 2020/21 |
Erogato altro regolamento | |
Attività | Affine/integrativa |
Ambito | Attività formative affini o integrative |
Settore | FIS/03 |
Anno | 1 |
Periodo | Secondo Semestre |
Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
Lingua insegnamento | Italiano, ma con testi di riferimento e dispense del docente in inglese. |
Contenuti | Fisica del magnetismo ,dei materiali magnetici di sistemi con dimensioni nanometriche. Onde di spin. Fondamenti di spintronica, cristalli magnonici e di magnonica. Applicazione ai dispositivi per ICT. |
Testi di riferimento | Il docente fornirà alcune dispense e suggerirà di consultare parti selezionate di alcuni libri, tra ia quali: Ibach-Luth, SOlid State Physics (Springer); N. Spaldin, Magnetic Materials (Cambridge); J. Stohr-H.C. Siegman, Magnetism (Springer); D. Stancel - A. Prabhakar, Spin Waves (Springer) A.G. Gurevich-G.A. Melkov, Magnetization Oscillations and Waves (CRC Press); |
Obiettivi formativi | Comprensione della fisica dei materiali magnetici, con particolare riferimento ai sistemi con dimensioni nanometriche. Conoscenza delle principali tecniche sperimentali di indagine e capacità di svolgere simulazioni micromagnetiche. Applicazione ai dispositivi per ICT. |
Prerequisiti | Al fine di comprendere pienamente gli argomenti di questo corso è necessario aver familiarità con gli argomenti di base di elettromagnetismo, fisica della materia e meccaniza quantistica che vengono ordinariamente impartiti nei corsi obbligatori della laurea triennale in fisica. |
Metodi didattici | Lezioni frontali, anche assistite dalla proiezione di filmati e dalla effettuazione di esperimenti virtuali mediante simulazioni con software di micromagnetismo. Saranno proposte esercitazioni di micromagnetismo su proprietà statiche e dinamiche. |
Altre informazioni | Durante il Corso saranno tenute delle esercitazioni pratiche che permeteranno agli studenti di imparare l'utilizzo dei piu' comuni codici micromagnetici. Saranno effettuati esperimenti virtuali per simulare le proprietà statiche e dinamiche di nanostrutture magnetiche. |
Modalità di verifica dell'apprendimento | La prova orale consiste in una discussione della durata di circa un'ora finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma (interazioni magentiche, nanostrutture, onde di spin e loro applciazioni). La prova orale consentirà inoltre di verificare la capacità di comunicazione dell’allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell’esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorico. |
Programma esteso | 1) Introduzione al corso. Definizione di scale di lunghezza e di tempo rilevanti. Panoramica sulle applicazioni e sugli approcci teorici. Sistemi di unità di misura. Richiami sul magnetismo atomico e sull’interazione spin-orbita. Magnetismo Magnetismo orbitale e di spin . Accoppiamento L-S e J-J. Regole di Hund. 2) Teoria classica del Diamagnetismo e Paramagnetismo di atomi isolati. Correzione quantistica. Paramagnetsimo di Pauli e diamagnetismo di Landau per gli elettroni liberi. Comportamento ferromagnetico: teoria classica di Weiss, campo molecolare e domini magnetici. 3) Interazione di scambio e sua origine quantistica. L’atomo di elio. Ferromagnetismo. Hamiltoniana di Heisemberg. Dipendenza della magnetizzazione dalla temperatura. Interazione di scambio tra elettroni liberi. Modello a bande del Ferromagnetismo. Criterio di Stoner. Onde di spin in regime di scambio. 4) Teoria quantistica della conduzione elettrica, moto degli elettroni e fenomeni di trasporto. Equazione di Boltzmann e tempo di rilassamento Equazione di diffusione. Scattering nelle bande. Correnti spin-polarizzate e conduzione elettrica. Modello delle due correnti. Scattering dipendente dallo spin. Accumulazione di spin. Accoppiamento di scambio tra strati e magnetoresistenza gigante. Magnetoresistenza ad effetto tunnel e sue applicazioni. Valvole di spin e memorie magnetiche. Effetto spin-Hall. Dispositivi spintronici. 5) Interazioni Magnetiche. Anisotropia Magnetica. Domini Magnetici e Micromagnetismo. Simulazioni Micromagnetiche Statiche. Tecniche di caratterizzazione statica e dinamica. 6) Onde di Spin- Approccio Classico. Suscettività e Risonanza Ferromagnetica. Auto-oscillazioni in Ferromagneti anisotropi. Onde di spin magnetostatiche e nel regime di scambio. Onde di spin in film sottili e multistrati. Onde di spin in sistemi confinati. 7) Cristalli magnonici. Manipolazione di onde di spin. Guide d'onda Eccitazione mediante tecniche induttive Nano-ottica con le onde di spin Deviazione di onde di spin Riflessione e rifrazione di onde di spin (Legge di Snell). Magnonica |