653-3302/01 – Fyzika pevných látek (FPLn)
| Garantující katedra | Katedra materiálového inženýrství a recyklace | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | doc. Dr. Mgr. Kamil Postava | Garant verze předmětu | doc. Dr. Mgr. Kamil Postava |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2022/2023 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Studenti získají přehled v následujících oblastech:
1. Krystalická mřížka, symetrie krystalů a X-ray difrakce
2. Úvod do kvantového popisu pevných látek
3. Mechanické vlastnosti pevných látek
4. Kmity mřížky a termální vlastnosti pevných látek
5. Elektrické vlastnosti pevných látek a fyzika polovodičů
6. Optické vlastnosti pevných látek a základy fotoniky
7. Magnetické vlastnosti pevných látek a spintronické aplikace
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Anotace
Předmět Fyzika pevných látek pokrývá popis mikroskopické struktury pevných látek, fenomenologický popis jejich fyzikálních vlastností a příklady jejich využití v moderních technologiích. Vychází z popisu krystalické struktury pevných látek, kvantového popisu elektronu v periodickém potenciálu a vede k pochopeni mechanických, termálních, elektrických, optických a magnetických vlastností pevných látek. Zároveň demonstruje použití přiměřeného matematického aparátu.
Povinná literatura:
Ch. Kittel, Introduction to Solid State Physics, John Wiley & Sons, 8th ed.,
2022.
R. E. Hummel, Electroni Properties of Materials, Springer-Verlag, 2nd ed.,
1993.
P. Hofmann, Solid State Physics: An Introduction, 2nd ed., Wiley-VCH, 2015.
Doporučená literatura:
C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloe, Quantum Mechanics (Méchanique
quantique) Wiley, 1991.
M. A. Wahab, Solid state physics: Structure and properties of materials,
Narosa, 3rd ed., 2015.
P. Hofmann, Solid State Physics: An Introduction, 2nd ed., Wiley-VCH, 2015.
H. Ibach and H. Luth, Solid-State Physics: An Introduction to Priciples and
Material Sciences, Springer, 4th ed., 2009.
S. H. Simon, The Oxford Solid State Basics (Oxford University Press: Oxford,
2013).
N. W. Ashcroft and N. David Mermin, Solid State Physics (Harcourt: Orlando,
1976).
J. F. Nee, Physical properties of crystals, Oxford Clarendon Press 1992
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Závěrečné ověření studijních výsledků:
prezenční i kombinovaná forma - písemná a ústní zkouška.
E-learning
Další požadavky na studenta
Nejsou žádné další zvláštní požadavky.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Krystalická mřížka, symetrie krystalů
- krystalická mřížka pevných látek, Bravaisova mřížka, primitivní buňka, Wigner-Seitzova buňka
- symetrie krystalu, operace symetrie, symetrie a fyzikální vlastnosti krystalů, Millerovy indexy
2. Rentgenová difrakce, reciproký prostor
- Rentgenová difrakce, difraktometrie
- reálný a reciproký prostor, Fourierova transformace, Brillouinova zóna
3. Úvod do kvantové teorie I
- pohybová rovnice klasické mechaniky, interference vlnění, fotoelektrický jev, elektronová difrakce
- dualita vlna-částice, Youngův pokus, aplikace vlnových vlastností částic, Planckova konstanta, rozlišení elektronové mikroskopie a litografie
4. Úvod do kvantové teorie II
- Shrodingerova rovnice, řešení v pravoúhlém potenciálu
- kvantová jáma, atomová spektra, tunelový jev přes potenciálovou bariéru, skenovací tunelová mikroskopie
5. Kvantový popis elektronových stavů pevných látek
- elektron v periodickém potenciálovém poli krystalu
- Kronig-Penneyův model, pásová teorie pevných látek, Brillouinova zóna, Fermiho energie
6. Mechanické vlastnosti pevných látek I
- vazby v pevných látkách, rozdělení vazeb, Lennard-Jonesův potenciál, vliv na fyzikální vlastnosti
- makroskopický popis pružnosti pevných látek, Hookův zákon
7. Mechanické vlastnosti pevných látek II
- tenzorový zápis Hookova zákona, tenzor napětí a deformace, tenzor elastických koeficientů pro kubický krystal
- mikroskopický popis pružnosti a pevnosti, plastická deformace, defekty, dislokace
8. Kmity mřížky v pevných látkách
- kmity krystalické mřížky, fonony
- optické a akustické fonony, disperzní závislosti fononů
9. Termální vlastnosti pevných látek
- termální vlastnosti pevných látek
- tepelná kapacita, tepelná vodivost pevných látek, teplotní roztažnost
10. Elektrické vlastnosti pevných látek
- popis elektrických vlastností látek, vodivost a mobilita nosičů náboje, Hallův jev
- vliv pásové struktury na elektrické vlastnosti, vodiče, dielektrika, polovodiče
11. Fyzika polovodičů, aplikace polovodičů v mikroelektronice
- hustota elektronových stavů, elektrické vlastnosti polovodičů, efektivní hmotnost
- příměsi v polovodiči, jevy na rozhraní, tranzistor, aplikace v mikroelektronice
12. Optické vlastnosti pevných látek
- popis optických vlastností látek, komplexní index lomu, permitivita, elektromagnetické vlny
- modely disperze optických vlastností, Drude teorie, příspěvky volných a vázaných elektronů
- aplikace optických vlastností, odraz, absorpce, princip a využití laseru, spektroskopie
13. Magnetické vlastnosti pevných látek
- magnetické vlastnosti látek, silové působení magnetického pole
- diamagnetické, paramegnetické a feromagnetické vlastnosti, mag. domény, mag. anizotropie
- aplikace magnetických materiálů, záznam informací, energetika, medicína, supravodivost
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky