Nanofyzika

Garant předmětu:

Ivan Richter, Milan Šiňor

Přednášející:

Ivan Richter, Milan Šiňor

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra fyzikální elektroniky

Anotace:

Přednáška pojednává přehled o nanofyzice, vyjasňuje terminologii, srovnává různé formy hmoty a struktur, s důrazem na nanostruktury, zejména elektronové a fotonické struktury. Rekapituluje pojmy a postupy z fyziky pevných látek a aplikuje je na kvantově omezené nanostruktury (kvantová jáma, kvantový drát, kvantová tečka). Pozornost dále věnuje elekromagnetismus kovů, jejím specifikům, disperzním modelům, rozebírá a klasifikuje plazmony, pozornost věnuje zejména povrchovým plazmonům - polaritonům. Přednáška se dále zabývá fotonickými strukturami,jejich přehledem, klasifikací, věnuje se vlastnostem fotonických krystalů, podává jejich příklady v 1D, 2D i 3D. Závěrem se věnuje přehledu uměle vytvářeným materiálům a strukturám, zejména metamateriálům. Přednášky jsou zakončeny referáty studentů na předem zvolená a vypracovaná aktuální témata.

Požadavky:

Předmět je koncipován jako pokročilý, je proto vhodné mít již jistý nadhled a zvládnuté znalosti na základní úrovni jak v oblasti kvantové mechaniky, fyziky pevných látek, tak i elektrodynamiky, resp. optiky.

Osnova přednášek:

1. Úvod - makrostruktury, mikrostruktury, nanostruktury, možnosti popisu, elektronové vs. fotonické struktury.

2. Řešení Schrödingerovy rovnice v pevné látce a nanostruktuře, elektrony v pevné látce, metody popisu nanostruktur.

3. Kvantově omezené struktury: 1D struktury, 2 D struktury a 3 D.

4. Krystalová mříž, rozptyl nosičů náboje, fonony, energie fononů, akustický / optický fonon, tunelový efekt.

5. Excitony, matematický popis: Mottův-Wannierův a Frenkelův exciton, exciton-fononová interakce.

6. Elekromagnetismus kovů, specifika, disperzní modely (Drudeho, Drude-Lorentzův), povrchové plazmony.

7. Metody excitace povrchových plazmonů, lokalizované povrchové plazmony, možnosti popisu.

8. Struktury s plasmonovou resonancí - matematický popis systému, metalické nanočástice.

9. Fotonické struktury, přehled, klasifikace. Periodické struktury - fotonické krystaly, optické vlastnosti.

10. Příklady struktur: 1D, 2D, 3D, vlnovodné fotonické struktury, mikrodutiny a rezonátory.

11. Uměle vytvářené materiály a struktury - umělá dielektrika, metamateriály, záporný index lomu.

12. Referáty studentů.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Základní i pokročilé znalosti z oblasti fyziky nanostruktur, o procesech probíhajících jak v elektronických tak fotonických nanostrukturách, metodách a způsobech popisu.

Schopnosti:

Orientace v problematice fyziky nanostruktur, jak elektronických tak fotonických, schopnost vytvoření nadhledu, aplikace a porozumění základním fyzikálním principům a jejich aplikace na konkrétní situace.

Studijní materiály:

Povinná literatura

[1] C. Kittel, Úvod do fyziky pevných látek, Academia, 1985.

[2] P. Harrison, Quantum Wells, Wires and Dots: Theoretical and Computational Physics, John Wiley & Sons, 1999.

[3] J. D. Joannopoulos, S. G. Johnson, J. N. Winn, R. D. Meade, Photonic crystals: Molding the flow of light, 2nd Edition, Princeton University Press, 2008.

[4] S. A. Maier, Plasmonics: fundamentals and applications, Springer Science + Business Media LLC, 2007.

Doporučená literatura:

[5] P. N. Prasad: Nanophotonics, John Wiley & Sons, 2004.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Fyzikální elektronika - Fotonika (PS)
• Kvantové technologie (volitelný předmět)