653-3302/02 – 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 | angličtina |
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
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.