- Spettroscopia Ottica dello Stato Solido
- Introduzione
Syllabus del corso
Obiettivi
L'obiettivo generale dell'insegnamento è quello di fornire gli strumenti per la descrizione delle proprietà ottiche dei solidi, a completamento del quadro generale della fisica dello stato solido.
Obiettivi più specifici dell'insegnamento sono:
- trattare la propagazione delle onde elettromagnetiche nei mezzi
- introdurre concetti e grandezze fisiche utili alla descrizione delle proprietà ottiche dei solidi
- discutere le proprietà ottiche dei diversi tipi di solidi
- illustrare le principali tecniche di spettroscopia ottica e i principi di funzionamento degli strumenti
Contenuti sintetici
- Propagazione della luce nei solidi
- Risposta dielettrica di un solido e modelli
- Tecniche di spettroscopia otticaProgramma esteso
Richiami alle equazioni di Maxwell; spettro elettromagnetico; propagazione della luce nei mezzi; funzione dielettrica complessa e indice di rifrazione; tensore dielettrico e anisotropia.
Interfacce e interfacce multiple; leggi della riflessione e della rifrazione; angolo di Brewster; riflessione totale; riflettanza e trasmittanza.
Risposta dielettrica dei solidi. Origine microscopica della risposta ottica; modelli di Lorentz e di Drude; relazioni di dispersione, relazioni di Kramers-Kronig, campo locale, equazione di Clausius-Mossotti, trattazione quantistica delle transizioni ottiche.
Risposta caratteristica di metalli ideali e reali; risposta di isolanti e semiconduttori, soglia di assorbimento, droganti, eccitoni; semiconduttori organici.
Tecniche di spettroscopia ottica: sorgenti, elementi dispersivi, filtri e polarizzatori, rivelatori; principi degli strumenti a trasformata di Fourier; misure di riflettanza, trasmittanza, assorbanza; matrici di Jones e ellissometria spettroscopica; spettroscopia Raman, spettroscopia di luminescenza.
Prerequisiti
Elettromagnetismo classico e basi di fisica della materia e dello stato solido.
Modalità didattica
Lezioni frontali con esempi.
Materiale didattico
1. H. Kuzmany, Solid State Spectroscopy (Springer, 2009)
2. G. Giusfredi, Manuale di ottica (Springer, 2015)
3. O. Stenzel, The Physics of Thin Film Optical Spectra (Springer, 2005)
4. J. Peatross and M. Ware, Physics of Light and Optics (2015), available at optics.byu.edu
5. M. Fox, Optical Properties of Solids (Oxford University Press, 2010)
6. N.V. Tkachenko, Optical spectroscopy (Elsevier, 2006)
7. M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon Press, 1989)
8. F. Wooten, Optical Properties of Solids (Academic Press, 1972)
9. J. Garcia Solé, L.E. Bausà, and D. Jaque, An Introduction to the Optical Spectroscopy of Inorganic Solids (Wiley, 2005)
Molti argomenti si trovano anche sulle Lectures on Physics di Feynman, di piacevole lettura: www.feynmanlectures.caltech.edu/
NOTA: i testi 1, 2 e 3 sono scaricabili in formato pdf dal sito della biblioteca; il testo 4 è disponibile gratuitamente online.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
II semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale.
NOTA: nel periodo di emergenza Covid-19 gli esami orali saranno solo telematici e verranno svolti utilizzando la piattaforma WebEx a cui si accede attraverso un link direttamente dalla pagina e-learning dell'insegnamento.Orario di ricevimento
Su appuntamento, scrivendo a: adele.sassella@unimib.it
Aims
The main goal of the course is giving the tools for the description of the optical properties of solids, to complete the overall picture of solid state physics.
Specific aims of the course:
- discussing light propagation in solids
- introducing the proper concepts and physical quantities for the description of the optical properties of solids
- discussing the characteristic optical properties of different solid materials
- illustrating the main optical spectroscopy techniques and the working principles of instruments
Contents
- Light propagation in solids
- Dielectric response of solids and models
- Optical spectroscopy techniquesDetailed program
Maxwell's equations; electromagnetic spectrum; propagation of light in materials; complex dielectric function and refractive index; dielectric tensor and anisotropy.
Interface and multiple interfaces; reflection and refraction laws; Brewster angle; total reflection; reflectance, transmittance, absorbance.
Dielectric (optical) response of solids. Microscopic origin of the optical response; Lorentz and Drude models; dispersion relations, Kramers-Kronig relations, local field, Clausius-Mossotti equation, quantum treatment of optical transitions.
Characteristic response of ideal and real metals; response of insulators and semiconductors, absorption edge, doping, excitons; organic semiconductors.
Optical spectroscopy techniques: sources, dispersive elements, filters, polarizers, detectors. Principles of the Fourier transform instruments; measurements of R, T, A; Jones matrices and spectroscopic ellipsometry; Raman and luminescence spectroscopies.
Prerequisites
Classical electromagnetism and basic concepts of condensed matter physics.
Teaching form
Lessons and examples.
Textbook and teaching resource
1. H. Kuzmany, Solid State Spectroscopy (Springer, 2009)
2. G. Giusfredi, Manuale di ottica (Springer, 2015)
3. O Stenzel, The Physics of Thin Film Optical Spectra (Springer, 2005)
4. J. Peatross and M. Ware, Physics of Light and Optics (2015), available at optics.byu.edu
5. M. Fox, Optical Properties of Solids (Oxford University Press, 2010)
6. N.V. Tkachenko, Optical spectroscopy (Elsevier, 2006)
7. M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon Press, 1989)
8. F. Wooten, Optical Properties of Solids (Academic Press, 1972)
9. J. Garcia Solé, L.E. Bausà, and D. Jaque, An Introduction to the Optical Spectroscopy of Inorganic Solids (Wiley, 2005)
See also: The Feynman Lectures on Physics, at www.feynmanlectures.caltech.edu/
NOTE: textbooks 1, 2 and 3 can be downloaded as pdf files from the library website; textbook 4 is also freely available.
Semester
II semester
Assessment method
Oral exam.
NOTA: due to restrictions caused by Covid-19 pandemic exams will held online through the WebEx platform; direct links wil be available from the e-learning page of the Course.
Office hours
Upon request, by e-mail: adele.sassella@unimib.it
Scheda del corso
Staff
-
Adele Sassella