Teoria ciała stałego 0800-TECIS

http://www.fizyka.umk.pl/~wj/EDU/TCS/

1. symetria kryształów
a. elementy teorii grup
b. symetria translacji
c. grupy punktowe i grupy obrotów
d. sieci Bravais; sici z bazą
e grupy przestrzenne
f. teoria reprezentacji
g. sieć odwrotna
h. grupa wektora falowego
2. wiązania chemiczne i związek z typami sieci
a. wiązanie jonowe
b. wiązanie kowalencyjne
c. hybrydyzacja orbitali
d. wiązanie Van der Waalsa
3. przybliżenie adiabatyczne
4. przybliżenie jedno-elektronowe
5. metoda Hartriego-Focka
6. twierdzenie Blocha
7. periodyczne warunki brzegowe
8. metody przybliżone opisu struktury elektronowej
a. model elektronu swobodnego (1D, 2D, 3D)
b. model prawie swobodnych elektronów
- powstawanie pasm
- pasmowa koncepcja metali i półprzewodników
- koncepcja masy efektywnej
- koncepcja dziury
- koncepcja poziomu Fermiego
- powierzchnia Fermiego
c. metoda ciasnego (silnego) wiązania
- związek z met. Hückla (LCAO)
- powstawanie pasm
- sieć 1D
- sieć 2D (przykłady, grafit, nanorurki)
- sieć 3D (przykłady)
d. metoda kp
e. tensor odwrotności masy efektywnej
f. metoda pseudopotencjału
g. inne metody (komórkowe,OPW, APW)
9. wpływ pola elektrycznego i magnetycznego
10. drgania sieci – fonony
a. model Debye’a
b. dyskretny model atomowy; pasma optyczne i akustyczne
c. drgania normalne; kwantowanie – fonony
d. procesy rozpraszania
11. Nadprzewodnictwo

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 - Ma uporządkowaną, rozszerzoną wiedzę z fizyki oraz poszerzoną wiedzę w zakresie studiowanej specjalności. W szczególności: ma wiedzę dotyczącą struktury krystalicznej i symetrii ciał stałych oraz ich związku z właściwościami fizycznymi kryształów. Ma wiedzę o trendach rozwojowych i najistotniejszych osiągnięciach z dziedzin nauki i dyscyplin naukowych powiązanych z fizyką i zastosowaniami fizyki, w szczególności nt. fizyki grafenu i nadprzewodnictwa.(fizyka techniczna K_W01). W2 - Zna podstawowe prawa fizyki kwantowej, posiada wiedzę o podstawowych składnikach materii i rodzajach podstawowych oddziaływań między nimi. W szczególności ma wiedzę na temat (a) teorii grup i teorii reprezentacji w zastosowaniu do ciała stałego, (b) fundamentalnych przybliżeń fizyki kwantowej stosowanych do opisu ciała stałego, (c) metod opisu struktury elektronowej kryształów, (d) metod opisu drgań sieci krystalicznej. (fizyka K_W05)

Efekty uczenia się - umiejętności

U1 - potrafi w sposób zrozumiały, używając formalizmu matematycznego, przedstawiać podstawowe prawa fizyki kwantowej z zakresu ciała stałego; potrafi zastosować metodę naukową w rozwiązywaniu problemów i wnioskowaniu (fizyka K_U01, fizyka techniczna K_U01). W szczególności potrafi powiązać twierdzenie Blocha z symetrią translacji i pasmową strukturą energetyczną kryształów. Potrafi odnaleźć elementy symetrii w strukturach krystalicznych. U2 - potrafi znajdować niezbędne informacje w literaturze fachowej, potrafi odtworzyć tok rozumowania z uwzględnieniem poczynionych założeń i przybliżeń (fizyka techniczna K_U04, fizyka K_U04); U3 - potrafi posługiwać się aparatem matematycznym w opisie i modelowaniu zjawisk i procesów fizycznych z zakresu fizyki ciała stałego (fizyka K_U03). W szczególności potrafi zdefiniować matematyczne postaci operatorów będących podstawowymi elementami kwantowej teorii układów wieloelektronowych.

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1 - zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia (fizyka: K_K01, fizyka techniczna: K_K01) K2 - ma świadomość i zrozumienie społecznych aspektów praktycznego stosowania zdobytej wiedzy (fizyka K_K02) K3 - potrafi określać priorytety służące realizacji zadań (fizyka techniczna K_K04)

Metody dydaktyczne

Wykład multimedialny prezentujący podstawowe elementy teorii ciała stałego. Ćwiczenia: zadania rachunkowe n.t. teorii grup, teorii reprezentacji, wiązań chemicznych w kryształach, teorii pasmowych ciał stałych i drgań sieci krystalicznej.

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące

- ćwiczeniowa
- klasyczna metoda problemowa

Rodzaj przedmiotu

przedmiot obligatoryjny

Wymagania wstępne

Elementarna znajomość mechaniki kwantowej oraz fizyki fazy skondensowanej.

Koordynatorzy przedmiotu

W cyklu 2023/24L:

Włodzimierz Jaskólski

W cyklu 2025/26L:

Igor Di Marco

W cyklu 2022/23L:

Włodzimierz Jaskólski

W cyklu 2024/25L:

Włodzimierz Jaskólski

Kryteria oceniania

Ćwiczenie - zaliczanie na podstawie wyników dwóch kolokwiów (sprawdzianów).
Wykład: egzamin pisemny składający się z ok. 15 pytań (odpowiedź na każde pytanie punktowana jest w skali 0-3 lub 0-1), na które należy udzielić krótkich odpowiedzi. Do zaliczenia ćwiczeń oraz do zdania egzaminu wymagane jest udzielenie, poprawnych odpowiedzi na minimum połowę pytań (zadań) lub uzyskanie wyniku powyżej 50% punktacji.
Oceniane są efekty uczenia się w zakresie wiedzy, w szczególności te opisane jako przedmiotowe, oraz te w zakresie umiejętności.
weryfikacja egzaminu: FT - W1, F - W2
weryfikacja kolokwium: FT - U1, F - U1, U2.
Tabela stopni z egzaminu:
< 50% - ndst,
(50-60%) - dst
(61-70%) - dst plus
(71-80%) - db
(81-90%) - db plus
(91-100%) - bdb
W czasach kiedy zajęcia muszą być prowadzone w sposób zdalny, zaliczenie ćwiczeń może opierać na ocenie prac domowych a egzamin może być przeprowadzony w formie ustnej (pięć pytań do wyboru z listy).

Praktyki zawodowe

bez praktyk zawodowych

Literatura

1. C. Kittel, Wstęp do teorii ciała stałego, PWN Warszawa, 1999;
2. www.fizyka.umk.pl/~wj/EDU/TCS/
3. K. Sierański i in., Półprzewodniki i struktury półprzewodnikowe, OW PWr., 2002
4. dowolny podręcznik z teorii grup w fizyce lub/i chemii, np. M.Dresselhaus, G.Dresselhaus, A.Jorio, Group Theory - Application to the Physics of Condensed Matter, Springer 2008
5. G.L. Bir, G.E. Pikus, Symetria i odkształcenia w półprzewodnikach, PWN 1977
5. I.M. Cydlikowski, Elektrony i dziury w półprzewodnikach, PWN 1976

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0800-TECIS w USOSweb