Pevné látky pro biomedicínu

Garant předmětu:

Milan Šiňor

Přednášející:

Milan Šiňor

Cvičící:

Milan Šiňor

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Fyzika pevných látek (FPL) je nejrozšířenějším oborem fyziky s nejrozsáhlejšími aplikacemi. Tematické okruhy přednášek: typy vazeb, struktura PL, metody určování struktury, elektrické vlastnosti kovů, kmity mřížky a tepelné kapacity, pásová teorie PL, luminiscence a vybrané optické vlastnosti PL, fyzika polovodičů, dielektrika a magnetika, mechanické vlastnosti kovů, supravodivost, kapalné krystaly, materiály v medicíně.

Požadavky:

Zápočet: aktivní účast na řešení úloh, zápočtová písemná práce.

Zkouška: zápočet, prokázání znalostí odpovídajících odpřednášené látce.

Osnova přednášek:

1. Typy vazeb: přitažlivé a odpudivé síly v krystalu, kovalentní, kovová, iontová vazba, Van der Waalsovy molekulární síly, vodíková vazba, smíšené vazby.

2. Struktura pevných látek: pevné, kapalné, plynné skupenství, plazma, prvky symetrie, operace symetrie, krystalové soustavy, bodové grupy, prostorové grupy, Bravaisova mřížka, reciproká mřížka, mřížkové poruchy.

3. Metody určování struktury: princip rentgenové, elektronové a neutronové difrakce, jejich porovnání a aplikace.

4. Elektrické vlastnosti kovů: klasická, kvantová a pásová teorie kovů, elektrická a tepelná vodivost, zaplněnost valenčních pásů, Boltzmannova kinetická teorie, vodivost slitin, Fermiho-Diracova rozdělovací funkce.

5. Kmity mřížky a tepelné kapacity: kmitové větve - akustické, optické, Brillounova zóna, Dulongův-Petitův zákon, Debyeova teplota, Einsteinovy členy.

6. Pásová teorie pevných látek: zaplněnost, vzdálenost a překryv pásů, pásová teorie tuhých látek, metody studia pásové struktury, Fermiho-Diracova rozdělovací funkce, Maxwellova-Boltzmanova rozděovací funkce, pásová struktura kovů a polovodičů, valenční x vodivostní pás, dovolené a zakázané energetické hladiny.

7. Luminiscence: fosforescence, fluorescence, elektronové přechody, mezisystémové přechody, emisní x excitační spektra, metody měření luminiscence, absorpce, Lambertův-Beerův zákon, chemiluminiscence, bioluminiscence.

8. Fyzika polovodičů: energetická pásová struktura, vlastní, příměsový a kompenzovaný polovodič, akceptory, donory, P-N přechod, V-A charakteristika P-N přechodu.

9. Dielektrika a magnetika: Clausiova-Mosottiova rovnice, mechanismy polarizace, Kramersovy-Kronigovy relace, Debyeovy formule, Lyddanův-Saxsův-Tellerův vztah, optické vlastnosti dielektrik, mezipásmové přechody, absorpční hrana, jevy v dielektrikách, diamagnetismus, feromagnetismus, paramagnetismus, doménová struktura v magneticky uspořádaných látkách.

10. Mechanické vlastnosti kovů: struktura kovů, poruchy krystalové mřížky, stlačitelnost, pružnost, teplotní roztažnost, složky napětí, deformace, mechanické teorie pevnosti.

11. Supravodivost: způsoby chlazení, Peltierův jev, stavová rovnice ideálního plynu, Helium 3, Helium 4, Ginsburgova Landauova teorie, BCS teorie supravodivosti, Meissnerův jev, Londonovy rovnice, Josephsonovy jevy.

12. Kapalné krystaly: fotonické struktury, fázové přechody 1. a 2. druhu, termotropní, lyotropní, chirální a nechirální kapalné krystaly, nematická, cholesterická, smektická fáze.

13. Materiály v medicíně: keramika, kloubní náhrady, biokompatibilní materiály, zápočtový test.

14. Oprava testu, konzultace, zápočet.

Osnova cvičení:

Řešení vybraných typových úloh z oblasti teorie pevných látek a fyziky kondenzovaného stavu:

1. Kmity atomů v krystalických mřížkách a jejich tepelné vlastnosti.

2. Schrödingerova rovnice pro pevné látky.

3. Fonony.

4. Pohyb elektronů v periodickém potenciálu.

5. Odezva pevných látek na vnější elektromagnetickou vlnu.

6. Výpočty optických parametrů.

7. Reakce polovodičového PN přechodu na vnější elektrické pole.

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1] Kraus I., Frank H., Kratochvílová I.: Úvod do fyziky pevných látek, ČVUT v Praze, 2009.

[2] Kraus I., Fiala J.: Elementární fyzika pevných látek, ČVUT v Praze, 2011.

[3] Kittel Ch.: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985.

[4] Beiser A.: Úvod do moderní fyziky, Academia Praha 1975.

[5] Kraus I.: Struktura a vlastnosti krystalů, Academia Praha, 1993.

[6] Phillips P. Advanced solid state physics. Cambridge University Press, 2019.

Poznámka:

Další informace:

http://kfe.fjfi.cvut.cz/~sinor/edu/f7pmiplb-n/

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út	místnost KL:B-230 Šiňor M. 10:00–11:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Učebnamístnost KL:B-230 Šiňor M. 12:00–12:50 (přednášková par. 1 paralelka 1) Kladno FBMI Učebna
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterská studijní specializace Nanotechnologie (povinný předmět)