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