Teoria ciała stałego
0800-TECIS
1. Geometryczny opis kryształów: sieć Bravaisa, sieć odwrotna, komórka Wignera–Seitza (komórka elementarna) i strefa Brillouina.
2. Symetria translacyjna i aspekty mechaniki kwantowej: twierdzenie Blocha i periodyczne warunki brzegowe.
3. Widma wzbudzeń jednocząstkowych i gęstość stanów.
4. Swobodnoelektronowa teoria metali: gaz Fermiego i rozwinięcie Sommerfelda.
5. Przybliżenie adiabatyczne.
6. Przybliżenie jednoelektronowe: metoda Hartree’ego, metoda Hartree’ego–Focka oraz podstawowe pojęcia teorii funkcjonału gęstości (DFT).
7. Teoria pasmowa kryształów: wybrane metody rozwiązywania problemu struktury elektronowej.
8. Wiązania chemiczne w wybranych kryształach.
9. Ekscytony, plazmony i ekranowanie dielektryczne (funkcja odpowiedzi).
10. Teoria cieczy Fermiego: fenomenologiczny opis roli oddziaływań elektron–elektron.
11. Rola sieci krystalicznej: model sprężynowy drgań sieci, modele Einsteina i Debye’a oraz efekty anaharmoniczne.
12. Transport i odpowiedź optyczna: model Drudego, równanie Boltzmanna, termoelektryczność (przegląd), odpowiedź liniowa (Kubo, jakościowo).
13. Wprowadzenie do magnetyzmu i nadprzewodnictwa.
Całkowity nakład pracy studenta
- godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 60, w tym wysłuchanie wykładu 40 h, ćwiczenia rachunkowe 20 h;
- czas poświęcony na pracę indywidualną potrzebny do pomyślnego zaliczenia przedmiotu: 40 h;
- czasy wymagany do przygotowania się i uczestnictwa w procesie oceniania: 25 h
Efekty uczenia się - wiedza
W1 - Student/Studentka posiada pogłębioną wiedzę z zakresu fizyki ciała stałego na poziomie studiów drugiego stopnia. W szczególności posiada wiedzę dotyczącą struktury krystalicznej oraz symetrii translacyjnej ciał stałych i rozumie ich związek ze strukturą elektronową oraz właściwościami fizycznymi kryształów. (Fizyka: K_W04; Fizyka techniczna: K_W01)
W2 - Student/Studentka zna kluczowe pojęcia teoretyczne stosowane w teorii ciała stałego. W szczególności posiada wiedzę dotyczącą: (a) widm wzbudzeń jednocząstkowych i gęstości stanów, (b) swobodnoelektronowej teorii metali, (c) podstawowych przybliżeń stosowanych w teorii struktury elektronowej (przybliżenie adiabatyczne i jednoelektronowe), (d) teorii pasmowej oraz wybranych metod opisu struktury elektronowej ciał stałych, (e) odpowiedzi dielektrycznej i ekranowania, (f) fenomenologii cieczy Fermiego Landaua, (g) drgań sieci krystalicznej i własności termicznych, (h) transportu i odpowiedzi optycznej. (Fizyka: K_W04 i K_W05; Fizyka techniczna: K_W01 i K_W02)
Efekty uczenia się - umiejętności
U1 - Student/Studentka potrafi stosować podstawowe metody rozwiązywania problemów i poprawnego wnioskowania oraz wykorzystywać formalizm matematyczny do opisu podstawowych własności ciał krystalicznych. W szczególności potrafi powiązać symetrię translacyjną i twierdzenie Blocha ze strukturą pasmową, relacjami dyspersji i gęstością stanów oraz wykonywać standardowe obliczenia w ramach prostych modeli ciała stałego. (Fizyka: K_U01; Fizyka techniczna: K_U01)
U2 - Student/Studentka potrafi wyszukiwać istotne informacje w literaturze specjalistycznej oraz odtworzyć tok rozumowania z uwzględnieniem przyjętych założeń i zastosowanych przybliżeń. (Fizyka: K_U04; Fizyka techniczna: K_U03)
U3 - Student/Studentka potrafi krytycznie analizować wyniki obliczeń teoretycznych oraz oceniać ograniczenia modeli i przybliżeń stosowanych w teorii ciała stałego; potrafi formułować i weryfikować hipotezy dotyczące zgodności przewidywań modeli z zachowaniem fizycznym (jakościowo, w razie potrzeby także poprzez odniesienie do typowych trendów eksperymentalnych). (Fizyka: K_U03; Fizyka techniczna: K_U04)
Efekty uczenia się - kompetencje społeczne
K1 - Student/Studentka zna poziom swojej wiedzy, umiejętności i ograniczeń; potrafi adekwatnie formułować pytania oraz rozumie potrzebę dalszego kształcenia. (Fizyka: K_K01; Fizyka techniczna: K_K01)
K2 - Student/Studentka rozumie i ceni uczciwość intelektualną oraz rzetelność naukową, m.in. prawidłowe wskazywanie źródeł oraz unikanie plagiatu. (Fizyka: K_K02; Fizyka techniczna: K_K02)
K3 - Student/Studentka rozumie potrzebę upowszechniania i popularyzowania wiedzy z zakresu fizyki oraz jej zastosowań, w tym najnowszych osiągnięć naukowych i technologicznych. (Fizyka: K_K03; Fizyka techniczna: K_K03)
Koordynatorzy przedmiotu
W cyklu 2025/26L: | W cyklu 2024/25L: |
Metody dydaktyczne
Wykład: wykład tradycyjny, łączący prezentację multimedialną z krok po kroku prowadzonymi wyprowadzeniami na tablicy.
Ćwiczenia: zajęcia rachunkowe i zajęcia z wyprowadzeniami prowadzonymi przez prowadzącego, skoncentrowane na takich zagadnieniach jak wiązania chemiczne w kryształach, teoria pasmowa oraz drgania sieci/fonony.
Metody dydaktyczne podające
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
Metody dydaktyczne poszukujące
- ćwiczeniowa
- klasyczna metoda problemowa
Rodzaj przedmiotu
przedmiot obligatoryjny
Wymagania wstępne
Obowiązkowe:
Podstawowa znajomość mechaniki kwantowej
Preferowane:
Wprowadzenie do fizyki ciała stałego
Kryteria oceniania
Metody oceniania: egzamin pisemny (50%) oraz egzamin ustny (50%).
Egzamin pisemny: 10 pytań/zadań, przeprowadzany na końcu kursu. Każdy element oceniany jest w jednej z następujących skal punktowych: 0–2 (łatwe), 0–3 (średnie) lub 0–4 (trudne). Ocena z egzaminu pisemnego wyznaczana jest na podstawie procentu uzyskanych punktów względem maksymalnej liczby punktów, zgodnie z:
< 50% → 2
50–60% → 3
61–70% → 3+
71–80% → 4
81–90% → 4+
91–100% → 5
Egzamin ustny: trzy pytania obejmujące zagadnienia przedstawione podczas kursu. Ocena z egzaminu ustnego zależy od jakości i kompletności odpowiedzi.
Ocena końcowa: średnia arytmetyczna ocen z egzaminu pisemnego i ustnego, zaokrąglona w górę do kolejnego progu oceny (np. 4 i 4+ daje 4+).
Praktyki zawodowe
Literatura
Ten kurs będzie opierał się przede wszystkim na podręczniku Solid State Physics autorstwa G. Grosso i G. Pastori Parravicini (Academic Press, wyd. 2, 2013). Większość omawianego materiału jest również przedstawiona w standardowych podręcznikach, takich jak Introduction to Solid State Physics autorstwa C. Kittela (John Wiley & Sons, wyd. 8, 2004). Wybrane zagadnienia bardziej zaawansowane (w miarę dostępnego czasu) będą omawiane na podstawie książki Quantum Solid-State Physics autorstwa S. V. Vonsovsky’ego i M. I. Katsnelsona (Springer-Verlag, 1989).
Uwagi
|
W cyklu 2025/26L:
Kurs rozpocznie się w pierwszym tygodniu marca (02.03.2026–06.03.2026). Prowadzący skontaktuje się ze studentami z wyprzedzeniem w przypadku wszelkich zmian w oficjalnym harmonogramie |
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i
terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: