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 2023
- Erogato
- 2023/24
- 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.
2) Magnetostatica, momento magnetico di dipolo, effetto Einstein- de Haas, precessione di Larmor, intensità di magnetizzazione, Potenziale magnetostatico, campo di demagnetizzazione, condizioni al contorno per il campo di induzione ed il campo magnetico.
3) Materiali ferromagnetici, teoria classica di Weiss, campo molecolare e domini magnetici.
Interazione di scambio e sua origine quantistica. Ferromagnetismo. Hamiltoniana di Heisenberg. 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) Interazioni Magnetiche. Anisotropia Magnetica. Domini Magnetici e Micromagnetismo. Simulazioni Micromagnetiche Statiche.
5) Onde di Spin- Approccio Classico. Suscettività e Risonanza Ferromagnetica. Equazione generale per la frequenza di risonanza ferromagnetica (approccio di Suhl). Auto-oscillazioni in Ferromagneti anisotropi. Onde di spin magnetostatiche e nel regime di scambio. Onde di spin in film sottili e multistrati.
6) Accenni di dinamica non lineare della magnetizzazione, risonanza ferromagnetica non lineare, propagazione non lineare di onde di spin
7) Onde di spin quantizzate in sistemi confinati. Risonanze laterali, condizioni al contorno, onde di spin in sistemi magnetizzati longitudinalmente e trasversalmente, quantizzazione di onde propagative, trasformazione di onde propagative.
8) 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
9) Tecniche statiche e dinamiche di caratterizzazione di materiali magnetici nanostrutturati. Magnetometria a campione vibrante, a gradiente di campo alternato, ad effetto Kerr magneto-ottico, Microscopia a forza atomica e magnetica, Risonanza elettronica paramagnetica, Risonanza ferromagnetica, Spettroscopia e microscopia di luce Brillouin. Microscopia ad effetto magneto-ottico risolta in tempo. - Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
- Dispositivi ITC a basso cunsumo energetico per elettronica innovativa che superi l'attuale tecnologia CMOS.