Teoria ciała stałego
Informacje ogólne
Kod przedmiotu: | 0800-TECIS |
Kod Erasmus / ISCED: |
(brak danych)
/
(0533) Fizyka
|
Nazwa przedmiotu: | Teoria ciała stałego |
Jednostka: | Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej |
Grupy: |
Fizyka s2, przedmioty wszystkie Przedmioty z fizyki kwantowej |
Strona przedmiotu: | http://www.fizyka.umk.pl/~wj/EDU/TCS/ |
Punkty ECTS i inne: |
5.00
|
Język prowadzenia: | polski |
Wymagania wstępne: | Elementarna znajomość mechaniki kwantowej oraz fizyki fazy skondensowanej. |
Rodzaj przedmiotu: | przedmiot obowiązkowy |
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 |
Skrócony opis: |
Wprowadzenie do teorii ciała stałego. W pierwszej kolejności omawiana jest teoria grup w zastosowaniu do problemów fazy skondensowanej; elementy abstrakcyjnej teorii, grupy punktowe, grupy przestrzenne, sieci krystalograficzne, reprezentacje grup i ich związek z widmem energii układu fizycznego. W dalszym etapie omawiane są wiązania chemiczne. Następnie podstawowe przybliżenia stosowane w teorii układów wieloelektronowych i podstawowe metody opisu energetycznej struktury pasmowej kryształów. Dalej, teoria drgań sieci krystalicznej oraz opis kwantowy - fonony. Następnie rozpraszanie cząstek na kryształach (także nieelastyczne). Na koniec: elementy nadprzewodnictwa. |
Pełny opis: |
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 |
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 |
Metody i 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 |
Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2021/22" (zakończony)
Okres: | 2022-02-21 - 2022-09-30 |
Przejdź do planu
PN WYK
WT CW
ŚR CZ PT |
Typ zajęć: |
Ćwiczenia, 20 godzin
Wykład, 40 godzin
|
|
Koordynatorzy: | Włodzimierz Jaskólski | |
Prowadzący grup: | Włodzimierz Jaskólski, Piotr Żuchowski | |
Lista studentów: | (nie masz dostępu) | |
Zaliczenie: |
Przedmiot -
Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę Wykład - Egzamin |
Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2022/23" (zakończony)
Okres: | 2023-02-20 - 2023-09-30 |
Przejdź do planu
PN WYK
WT ŚR CZ PT CW
|
Typ zajęć: |
Ćwiczenia, 20 godzin
Wykład, 40 godzin
|
|
Koordynatorzy: | Włodzimierz Jaskólski | |
Prowadzący grup: | Włodzimierz Jaskólski, Piotr Żuchowski | |
Lista studentów: | (nie masz dostępu) | |
Zaliczenie: |
Przedmiot -
Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę Wykład - Egzamin |
Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2023/24" (w trakcie)
Okres: | 2024-02-20 - 2024-09-30 |
Przejdź do planu
PN WT CW
ŚR CZ WYK
PT |
Typ zajęć: |
Ćwiczenia, 20 godzin
Wykład, 40 godzin
|
|
Koordynatorzy: | Włodzimierz Jaskólski | |
Prowadzący grup: | Włodzimierz Jaskólski, Piotr Żuchowski | |
Lista studentów: | (nie masz dostępu) | |
Zaliczenie: |
Przedmiot -
Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę Wykład - Egzamin |
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.