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:
KITTEL, Ch. Introduction to Solid State Physics, John Wiley & Sons, 8th ed., 2022.
HUMMEL, R. E. Electronic Properties of Materials, Springer New York, NY, 4th ed., 2011.
HOFMANN, P. Solid State Physics: An Introduction, 2nd ed., Wiley-VCH, 2015.
Doporučená literatura:
WAHAB, M. A. Solid state physics: Structure and properties of materials, Narosa, 3rd ed., 2015.
IBACH, H. and H. LUTH, Solid-State Physics: An Introduction to Priciples and Material Sciences, Springer, 4th ed., 2009.
SIMON, S. H. The Oxford Solid State Basics (Oxford University Press: Oxford, 2013.
Další studijní materiály
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
- 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
- Rentgenová difrakce, reciproký prostor
- 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
- Úvod do kvantové teorie II, Shrodingerova rovnice, řešení v pravoúhlém potenciálu, kvantová jáma, atomová spektra, tunelový jev přes potenciálovou bariéru, skenovací tunelová mikroskopie
- Kvantový popis elektronových stavů pevných látek, elektron v periodickém potenciálovém poli krystalu, Kronig-Penneyův model, pásová teorie pevných látek, Brillouinova zóna, Fermiho energie
- 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
- 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
- Kmity mřížky v pevných látkách, kmity krystalické mřížky, fonony, optické a akustické fonony, disperzní závislosti fononů
- Termální vlastnosti pevných látek, termální vlastnosti pevných látek, tepelná kapacita, tepelná vodivost pevných látek, teplotní roztažnost
- Elektrické vlastnosti pevných látek, popis elektrických vlastností látek, vodivost a mobilita nosičů náboje, Hallův jev, vliv pásové struktury na elektrické vlastnosti, vodiče, dielektrika, polovodiče
- Fyzika polovodičů, aplikace polovodičů v mikroelektronice, hustota elektronových stavů, elektrické vlastnosti polovodičů, efektivní hmotnost, příměsi v polovodiči, jevy na rozhraní, tranzistor, aplikace v mikroelektronice
- 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
- 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