Università degli Studi di Perugia

Insegnamento NANOMAGNETISMO E SPINTRONICA

Nome del corso Fisica
Codice insegnamento GP005936
Curriculum Fisica della materia
Docente responsabile Giovanni Carlotti
Docenti
  • Giovanni Carlotti - Didattica Ufficiale
Ore
  • 47 Ore - Didattica Ufficiale - Giovanni Carlotti
CFU 6
Regolamento Coorte 2018
Erogato Erogato nel 2018/19
Erogato altro regolamento
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore FIS/03
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. Fondamenti di spintronica 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)
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. Visita a due laboratori di nanomagnetismo e realizzazione di semplici esperienze relative al contenuto del corso.
Modalità di verifica dell'apprendimento Esame orale alla fine del corso, della durata di circa un'ora. Nella prima parte lo studente sarà invitato ad esporre un argomento a piacere su cui abbia svolto un approfondimento, anche attingendo alal letteratura specialistica del settore. Nella seconda parte, il docente porrà delle domande volte a verificare la preparazione dello studente sul programma svolto.

Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
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) Corpi magnetici: dalle dimensioni macroscopiche a quelle nanoscopiche. Campo smagnetizzante e campo dipolare. Anisotropie magnetiche. Formulazione energetica. Micromagnetismo. Approcci numerici per la determinazione dello stato fondamentale. Modello di Stoner-Wolfhart. Comportamenti dinamici; l'equazione di Landau-Lifshitz-Gilbert. Attrito magnetico. Esercitazione sullo studio della dinamica di un nanodot. Trasferimento di momento di spin. Oscillatori a trasferimento di spin.

6) Onde di spin in film sottili e multistrati. Regime scambio-dipolare. Cristalli magnonici e dispositivi. Eccitazione di onde di spin mendiante microsctrisce, antenne coplanari, effetto spin-torque o effetto spin-Hall. Richiami sui principi di funzionamento di sorgenti LED e LASER. Tecniche ottiche per la rivelazione di onde di spin. Effetto Kerr Magnetoottico. Scattering di luce Brillouin.