Insegnamento NANOMAGNETISMO E SPINTRONICA

Corso
Fisica
Codice insegnamento
GP005936
Sede
PERUGIA
Curriculum
Fisica della materia
Docente
Gianluca Gubbiotti
Docenti
  • Gianluca Gubbiotti
Ore
  • 47 ore - Gianluca Gubbiotti
CFU
6
Regolamento
Coorte 2022
Erogato
2022/23
Attività
Affine/integrativa
Ambito
Attività formative affini o integrative
Settore
FIS/03
Tipo insegnamento
Opzionale (Optional)
Tipo attività
Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento
ITALIANO
Contenuti
Fisica del magnetismo, dei materiali magnetici con dimensioni nanometriche. Fondamenti di spintronica e di magnonica. Applicazione ai dispositivi per ICT.
Testi di riferimento
Ibach-Luth, SOlid State Physics (Springer);
J. Stohr-H.C. Siegman, Magnetism (Springer);
D. Stancel - A. Prabhakar, Spin Waves (Springer)
S. M, Rezende Fundamentals Of Magnonics (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 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 alla letteratura specialistica del settore. Nella seconda parte, il docente porrà delle domande volte a verificare la preparazione dello studente sul programma svolto.
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 e controllo della propagazione di onde di spin. Guide d'onda. Eccitazione mediante tecniche induttive. Nano-ottica con le onde di spin. Magnonica
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