Solidi cristallini. Diffrazione da raggi X. Reticoli diretti in dimensione d≤ 3. Reticoli con base. Cella di Wigner-Seitz. Reticolo reciproco. Zone di Brillouin.

Reticoli reali: difetti cristallini.

Altre fasi correlate della materia. Funzione di correlazione di Van Hove. Solidi amorfi, liquidi, superreticoli, quasicristalli.

Elettroni liberi. Gas di elettroni liberi. Statistica di Fermi-Dirac, potenziale chimico, altri potenziali termodinamici (richiamo). Espansione di Sommerfeld. Calore specifico elettronico. Massa efficace. Materiali a fermioni pesanti.

Elettroni in un reticolo cristallino. Modello di Kronig-Penney. Teorema di Bloch. Momento cristallino e bande elettroniche. Punti speciali e diagramma a `spaghetti'. Hamiltoniana k·p.

Hamiltoniane dipendenti da parametro. Teoremi di Hellmann-Feynman e di Eppstein. Fase e connessione di Berry. Applicazioni correnti alla fisica dello stato solido (polarizzazione elettrica, Microscopio a Forza Atomica: AFM, stati di Wannier come stati massimalmente localizzati).

Correlazioni elettroniche. Approssimazione di Hartree-Fock. Dalla approssimazione di Thomas-Fermi al teorema di Hohenberg-Kohn theorem. Teoria del funzionale della densità (DFT).

Stabilità della materia.

Elettroni quasi-liberi. Superfici di Fermi dei metalli. Densità degli stati. Transizioni topologiche elettroniche (singolarità di van Hove). Gap di banda. Metalli, semiconduttori, isolanti. Metodo dell'elettrone fortemente legato (LCAO). Altri metodi numerici (OPW, APW, KKR). Ancora sulla massa efficace. Sistemi 2D di particolare interesse: reticolo quadrato, grafene.

Proprietà meccaniche dei solidi. Energia di coesione. Proprietà elastiche dei solidi. Dinamica reticolare. Fononi nei solidi. Modelli di Einstein e di Debye: calore specifico reticolare. Effetti anarmonici.

Proprietà di trasporto dei solidi. Elettroni di Bloch. Conducibilità elettrica e termica dei metalli. Legge di Wiedemann-Franz. Modelli di Drude e di Sommerfeld. Effetto Hall. Effetto de Haas-van Alphen. Effetto Hall quantistico.

Interazione della luce con gli atomi. Oscillazioni di Rabi. Risonanza Magnetica Nucleare (NMR).

Proprietà ottiche dei solidi. Plasmoni.

Fasi elettroniche con rottura di simmetria.


Ferromagnetismo. Modello di Stoner. Approssimazione di campo medio. Onde di spin.
Antiferromagnetismo. Modello di Slater. Onde di densità di spin.
Instabilità di Peierls. Onde di densità di carica. Solitoni.
Instabilità di pairing: superconduttività. Fenomenologia. Teoria di Ginzburg-Landau. Accoppiamento elettrone-fonone. Teoria BCS. Effetto Josephson. Fluttuazioni superconduttive. Superconduttori ad alta Tc e altri superconduttori `esotici': cuprati, MgB2, pnictidi, ...


Isolanti topologici.

G. Grosso, G. Pastori Parravicini, Solid state physics (Oxford, Academic Press, 2014 : 2nd ed.)

Fuxiang Han, A modern course in the quantum theory of solids (Singapore, World Scientific, 2013)

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N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, Solid state physics (Saunders, Philadelphia, 1976)

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