Insegnamento NANOMAGNETISMO E SPINTRONICA
| Nome del corso di laurea | Fisica |
|---|---|
| Codice insegnamento | GP005936 |
| Curriculum | Fisica della materia |
| Docente responsabile | Giovanni Carlotti |
| Docenti |
|
| Ore |
|
| 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 |
| Anno | 1 |
| 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. |