653-3302/02 – Fyzika pevných látek (FPLn)

Garantující katedraKatedra materiálového inženýrství a recyklaceKredity6
Garant předmětudoc. Dr. Mgr. Kamil PostavaGarant verze předmětudoc. Dr. Mgr. Kamil Postava
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník1Semestrzimní
Jazyk výukyangličtina
Rok zavedení2022/2023Rok zrušení
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
FOR068 Ing. Tibor Fördös, Ph.D.
POS40 doc. Dr. Mgr. Kamil Postava
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+3
kombinovaná Zápočet a zkouška 20+0

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

Prezenční forma (platnost od: 2022/2023 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodůMax. počet pokusů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 35  21
        Zkouška Zkouška 65  30 3
Rozsah povinné účasti: Min. 80 % povinná účast na cvičeních. Vypracování zadaných projektů.

Zobrazit historii

Podmínky absolvování předmětu a účast na cvičeních v rámci ISP: Splnění všech povinných úkolů v individuálně dohodnutých termínech.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2024/2025 (N0715A270005) Progresivní technické materiály TEO P angličtina Ostrava 1 povinný stu. plán
2023/2024 (N0715A270005) Progresivní technické materiály TEO P angličtina Ostrava 1 povinný stu. plán
2022/2023 (N0715A270005) Progresivní technické materiály TEO P angličtina Ostrava 1 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku

Hodnocení Výuky

Předmět neobsahuje žádné hodnocení.