Insegnamento NANOMAGNETISMO E SPINTRONICA
- Corso
- Fisica
- Codice insegnamento
- GP005936
- Curriculum
- Fisica della materia
- Docente
- Gianluca Gubbiotti
- Docenti
-
- Gianluca Gubbiotti
- Ore
- 47 ore - Gianluca Gubbiotti
- CFU
- 6
- Regolamento
- Coorte 2020
- Erogato
- 2020/21
- Attività
- Affine/integrativa
- Ambito
- Attività formative affini o integrative
- Settore
- FIS/03
- 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