Základy fyziky pevných látek

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra inženýrství pevných látek

Anotace:

Popis základních vlastností pevných látek vycházející z pravidelného uspořádání atomů v krystalické mřížce. Na základě vazebních sil mezi atomy jsou vymezeny různé druhy krystalů a jejich vlastnosti. Je studována dynamika krystalické mřížky v harmonické aproximaci a tepelné vlastnosti krystalů. Periodický potenciál krystalické mřížky umožňuje popis energetické struktury pomocí elektronových energetických pásů. Cílem předmětu je prezentovat širokou fenomenologickou bázi fyzikálních vlastností krystalických pevných látek.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Klasifikace pevných látek. Popis vazebních sil mezi atomy pevných látek, krystalická mřížka. Reciproká mřížka. Typy vazeb: van-der Waalsova, iontová.

2.Typy vazeb: kovalentní, kovová, vodíková.

3.Dynamika mřížky v harmonické aproximaci. Kmity lineární krystalické mřížky stejných atomů.

4.Dynamika mřížky v harmonické aproximaci. Kmity lineární krystalické mřížky s primitivní bází ze dvou atomů. Akustické a optické módy vlnění.

5.Kvantování mřížkových vibrací. Fonony.

6.Tepelné vlastnosti pevných látek. Měrné teplo krystalické mřížky: Planckův rozdělovací zákon, hustota stavů (Debyeův model, Einsteinův model).

7.Anharmonické interakce v krystalu: tepelná roztažnost, tepelná vodivost, tepelný odpor fononového plynu, „umklapp“ procesy.

8.Kovy. Fermiho plyn volných elektronů. Drudeho model. Nekonečná potenciálová jáma. Sommerfeldův model. Plyn volných elektronů ve 3D.

9.Měrné teplo elektronového plynu. Elektrická vodivost a Ohmův zákon. Pohyb elektronů v magnetickém poli. Tepelná vodivost kovů.

10.Elektronová pásová struktura pevných látek. Periodický potenciál, Blochův teorém. Kronig-Pennyův model ze Schrödingerovy rovnice.

11.Vlnová rovnice elektronu v periodickém potenciálu. Řešení centrální rovnice v 1D. Kronig-Pennyův model v reciprokém prostoru. Aproximace prázdné mřížky.

12.Polovodiče. Zakázaný pás. Přímé a nepříme polovodiče. Pohybové rovnice elektronu v energetickém pásu.

13.Díry. Efektivní hmotnost v polovodičích. Příměsová vodivost: donory, akceptory.

Osnova cvičení:

1.Klasifikace pevných látek. Popis vazebních sil mezi atomy pevných látek, krystalická mřížka. Reciproká mřížka. Typy vazeb: van-der Waalsova, iontová.

2.Typy vazeb: kovalentní, kovová, vodíková.

3.Dynamika mřížky v harmonické aproximaci. Kmity lineární krystalické mřížky stejných atomů.

4.Dynamika mřížky v harmonické aproximaci. Kmity lineární krystalické mřížky s primitivní bází ze dvou atomů. Akustické a optické módy vlnění.

5.Kvantování mřížkových vibrací. Fonony.

6.Tepelné vlastnosti pevných látek. Měrné teplo krystalické mřížky: Planckův rozdělovací zákon, hustota stavů (Debyeův model, Einsteinův model).

7.Anharmonické interakce v krystalu: tepelná roztažnost, tepelná vodivost, tepelný odpor fononového plynu, „umklapp“ procesy.

8.Kovy. Fermiho plyn volných elektronů. Drudeho model. Nekonečná potenciálová jáma. Sommerfeldův model. Plyn volných elektronů ve 3D.

9.Měrné teplo elektronového plynu. Elektrická vodivost a Ohmův zákon. Pohyb elektronů v magnetickém poli. Tepelná vodivost kovů.

10.Elektronová pásová struktura pevných látek. Periodický potenciál, Blochův teorém. Kronig-Pennyův model ze Schrödingerovy rovnice.

11.Vlnová rovnice elektronu v periodickém potenciálu. Řešení centrální rovnice v 1D. Kronig-Pennyův model v reciprokém prostoru. Aproximace prázdné mřížky.

12.Polovodiče. Zakázaný pás. Přímé a nepříme polovodiče. Pohybové rovnice elektronu v energetickém pásu.

13.Díry. Efektivní hmotnost v polovodičích. Příměsová vodivost: donory, akceptory.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Ch. Kittel : Kittel's Introduction to Solid State Physics Global Edition, Wiley-VCH, 9th edition, Berlin 2018.

[2] A. Aharony, O. Entin-Wohlman: Introduction to Solid state Physics, World Scientific 2018.

[3] I.Kraus, J.Fiala : Elementární fyzika pevných látek, ČVUT, ISBN:978-80-01-059425-0, Praha 2016.

Doporučená literatura:.

[4] J. Soubusta: Fyzika pevných látek, Univerzita Palackého v Olomouci, ISBN: 978-80-244-3095-9, Olomouc 2012.

[5] M.P. Marder: Condensed Matter Physics, J.Wiley, New York 2000.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: