- Oggetto:
- Oggetto:
MODELLISTICA DEI SOLIDI
- Oggetto:
SOLID STATE MODELING AND SIMULATION
- Oggetto:
Anno accademico 2015/2016
- Codice dell'attività didattica
- CHI0067
- Docenti
- Dott. Silvia Casassa (Titolare del corso)
Prof. Roberto Dovesi (Titolare del corso)
Dott. Anna Maria Ferrari (Titolare del corso) - Anno
- 2° anno
- Tipologia
- A scelta dello studente
- Crediti/Valenza
- 4
- SSD dell'attività didattica
- CHIM/02 - chimica fisica
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Inglese
- Modalità di frequenza
- Obbligatoria
- Tipologia d'esame
- Orale
- Prerequisiti
- Conoscenze di base di:
(i) chimica dello stato solido (bande elettroniche, fononiche, gap, etc.);
(ii) strutturistica (reticoli cristallini, gruppi di simmetria,
reticolo reciproco);
(iii) metodi per la soluzione dell'equazione di Schroedinger per sistemi molecolari. - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire a studenti e studentesse una conoscenza approfondita dei metodi della chimica teorica applicata allo studio delle proprietà dei materiali.
Inoltre, si punta a sviluppare negli studenti/esse un certo grado di autonomia rispetto alla scelta e all'utilizzo dei metodi quanto-meccanici e una buona consapevolezza nell'analisi dei risultati ottenuti e/o di quelli che si trovano in letteratura.
Aims and objectives.
The aim of the course is to provide students with a general overview and basic knowledges of the quantum-chemistry methods as applied to the study of the structure and properties of the solid state materials.
Moreover, the students should develop a good degree of autonomy in the choice and use of quantum-mechanical tools and in the analysis of theoretical results, personally calculated or found in literatures.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento, studenti e studentesse dovrebbero essere in grado di utilizzare il formalismo matematico, le conoscenze sulla struttura chimico-fisica della materia e gli algoritmi per la soluzione dell'equazione di Schroedinger, nelle sue varie approssimazioni, nello studio teorico delle proprietà dei solidi cristallini.
La possibilità di calcolare attraverso l'utilizzo consapevole di un software scientifico di alto livello quelle osservabili generalmente ottenute attraverso esperimenti, darà loro l'opportunità di cogliere il profondo nesso tra teoria e realtà fisica. Inoltre saranno in grado di apprezzare la sinergia tra chimica teorica e chimica sperimentale e utilizzare i dati calcolati, presenti in articoli scientifici e libri, con cognizione di causa.
Learning outcomes
As a result, students should be able to manage the mathemarical formalism, knowledges on the chemical-physical structure of matter and the algorithms to solve the many Schroedinger equations in the theoretical study of the solid state systems.
The possibility to numerically evaluate, through a scientific reliable software, that properties usually obtained experimentally, should give students the opportunity to fully appreciate the deep link between theory and physical reality. Moreover, students will experience the sinergy between experimental and theoretical chemistry, that more and more characterizes any field of scientific investigation, and they should better understand the role and range of validity of the computed data, as reported in literature or calculated by themselves.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Due sono le modalità di insegnamento:
la prima parte, durante la quale vengono forniti concetti e strumenti, è di tipo frontale, in aula, con l'ausilio della lavagna di ardesia e l'utilizzo di lucidi;
la seconda parte, che si svolge in laboratorio informatico, prevede l'uso di personal computer, uno per ciascun studente/essa.
Teaching Methods
Two different methods are exploited:
In the first part of the Course, where concepts and tools are introduced and explained, traditional lectures are provided with the aid of the blackboard and projected slides.
Then, in the computer room, where one PC is available for each student, the interaction becomes more narrower and individual.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consiste in un colloquio orale, della durata di circa un'ora, durante il quale vengono accertati i risultati dello studio, attraverso domande di teoria generale e proponendo semplici esercizi, volti a comprendere quanto i concetti siano stati assimilati.
Inoltre, facendo riferimento al lavoro svolto in laboratorio informatico, verranno poste domande sui risultati ottenuti in modo da verificare il grado di autonomia e consapevolezza raggiunto nell'uso del software scientifico e nell'analisi dei dati.
The exam is a one-hour interview aim at assessing the degree of understanding of the subject, through general questions and problems. Moreover, by referring to the work done during the tutorials, some questions on the adopted software and on the results will be asked.
- Oggetto:
Attività di supporto
L'Insegnamento frontale è completato dallo svolgimento di un laboratorio informatico, con disponibilità di un personal computer per ogni studente/essa, equipaggiato con sistema operativo Linux e il codice quanto-meccanico CRYSTAL (www.crystal.unito.it).
Lectures are supported by a short stage in the computer laboratory, where PC, equipped with Linux system operator, will be used to run the ab initio quantum-mechanical public code CRYSTAL (www.crystal.unito.it).
- Oggetto:
Programma
Una funzione d'onda per descrivere atomi, molecole e cristalli.
Una funzione d'onda come densità di probabilità: riepilogo dei postulati della meccanica quantistica, secondo l'interpretazione di Copenaghen.
Equazioni di Schroedinger, approssimazioni e struttura della materia.
Gli operatori come strumento per indagare le proprietà della materia.
Dall'approssimazione di Born-Oppenheimer alla soluzione dell'equazione di Schroedinger per cristalli perfetti. Il ruolo fondamentale della simmetria.
Proprietà della materia: densità degli stati, bande, spettri elettronici e fononici.
Dalla termodinamica statistica alla termodinamica ab initio: calcolo dell'Entalpia, Entropia ed Energia libera di Gibbs.
Tempo e temperatura: cenni di dinamica molecolare.
Teorema di Hellmann-Feynman, metodi post-Hartree-Fock e proprietà tensoriali dei solidi: elastiche, ottiche, magnetiche.
A wave-function to describe atoms, molecules and crystals.
A wave-function as a probability density: review of the Postulate of quantum-mechanic (QM) in agreement with the Copenaghen School.
Schroedinger equations, approximantions and the structure of matter.
QM operators as instruments to investigate matter.
From Born-Oppenheimer approximation to the solution of the Schroedinger equation for perfect crystals. The fundamental role of Symmetry.
Properties of matter: density of states, bands, electrons and phonon spectra.
From statistic thermodynamics to the ab initio calculation of Energy, Entalpy and Gibbs potential.
Time and temperature: tips on molecular dynamics simulation.
Hellmann-Feynmam theorem and post-Hartree-Fock methods to evaluate tensorial properties of matter: elastic, optic and magnetic.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
Appunti del Corso, a cura di S. Casassa.
Manuale del software CRYSTAL.
Original notes and slides by S. Casassa.
CRYSTAL User's Manual.
Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory
Autore: A. Szabo and N. OstlundEdizione: New Edition
Casa editrice: Mc Graw-Hill
Physical Chemistry: A Molecular Approach
Autore: D.A. McQuarrie and J.D. Simon
Casa editrice: University Science BookQuantum Chemistry
Autore: I.A. Levine
Casa editrice: Pearson- Oggetto:
Note
Tutti gli argomenti richiesti nei prerequisiti, compreso le nozioni di algebra lineare necessarie per meglio apprezzare la trattazione matematica, verranno ripresi durante le lezioni frontali in modo da garantire a studentesse e studenti la miglior fruizione del corso.
All the arguments underlined in the Prerequisites section, included some basic concepts of linear algebra, will be resumed during the lectures in order to allow all the students to fully appreciate the Program.
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