F7301 Elementary excitation in solids

Faculty of Science
Autumn 2004
Extent and Intensity
2/0/0. 2 credit(s) (fasci plus compl plus > 4). Type of Completion: zk (examination).
Teacher(s)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (lecturer)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (seminar tutor)
Guaranteed by
prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc.
Department of Condensed Matter Physics – Physics Section – Faculty of Science
Contact Person: prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr.
Course Enrolment Limitations
The course is also offered to the students of the fields other than those the course is directly associated with.
fields of study / plans the course is directly associated with
Course objectives (in Czech)
Na první pohled se zdá, že popis excitovaných stavů pevné látky bude složitější než popis stavu základního. Nepochybně tomu tak bude v případě stavů hodně excitovaných, tj. stavů, které se od základního stavu výrazně liší. Pro pochopení velkého množství jevů (např. elektrické, optické a tepelné vlastnosti látek) se však zpravidla stačí soustředit na stavy málo excitované, tj. málo odlišné od základního stavu. Překvapivě se ukazuje, že tyto stavy maji často mimořádně jednoduchou strukturu a že je lze popisovat poměrně rigorózně. Experimenty totiž nasvědčují tomu, že existuje jakási "stavebnice", ze které můžeme excitované stavy skládat. Například můžeme mít excitovaný stav vytvořený z m prvků typu A a n prvků typu B. Prvkům stavebnice - v uvedeném příkladě A a B - říkáme "elementární excitace". V přednášce bude pojem "elementární excitace" pečlivě zaveden, dále budou diskutovány různé typy elementárních excitací. Důraz bude kladen na kvazielektrony a kvazidíry ve fermionové kapalině a v krystalické pevné látce a na fonony. V závěrečné části přednášky bude probrána elektron-fononová interakce.
Syllabus
  • 1. Introduction (a) Excited states in solids (b) The concept of elementary excitations, quasiparticles and collective excitations, examples 2. Quasiparticles in Fermi liquids: three aproaches (a) Hartree-Fock theory (b) Landau's theory of Fermi liquids (c) Method of Green's functions 3. One-electron description of electronic states in crystalline solids (a) Bloch theorem in a broader context, classification of electronic states based on group theory (b) Band structure and density of states (c) Examples of band structures (d) Methods of measuring the band structure 4. Methods for calculating band structure (a) A survey of the methods, classification of the methods according to the choice of the effective potential and according to the method of solving the Schroedinger equation (b) Empirical tight-binding method, a unified approach to the electronic structure of atoms, molecules, and solids (c) Augmented plane waves and pseudopotentials 5. One-electron theory in the presence of perturbing fields (a) Effective Hamiltonian and semiclassical approximation (b) Impurity states in semiconductors (c) Dynamics of electrons in an external electric field (d) Dynamics of electrons in a magnetic field (e) Methods of measuring the Fermi surface 6. Theory of lattice vibrations (a) Equations of motion for a lattice in the harmonic approximation (b) Dispersion relation, density of states, polarization vectors (c) Quantum properties, phonons (d) Methods of measuring the phonon dispersion relation (e) Methods for calculating dispersion relation 7. Electron-phonon interaction (a) Interaction Hamiltonian (b) Scattering of electrons by phonons (c) Influence of the electron-phonon interaction on the dispersion relations (d) Effective attractive electron-electron interaction
Literature
  • CELÝ, Jan. Kvazičástice v pevných látkách. Vyd. 1. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1977, 283 s. info
  • P. W. Anderson, Concepts in Solids (W. A. Benjamin, New York 1963); R. D. Mattuck, A Guide to Feynman Diagrams in the Many-Body Problem (Dover, New York 1992); N. W. Ashcroft a N. D. Mermin, Solid State Physics (Holt, Rinehart and Winston, New York 1976)
Language of instruction
English
Further Comments
The course can also be completed outside the examination period.
The course is taught annually.
The course is taught: every week.
The course is also listed under the following terms Autumn 2007 - for the purpose of the accreditation, Autumn 1999, Autumn 2010 - only for the accreditation, Autumn 2000, Autumn 2001, Autumn 2002, Autumn 2003, Autumn 2005, Autumn 2006, Autumn 2007, Autumn 2008, Autumn 2009, Autumn 2010, Autumn 2011, Autumn 2011 - acreditation, spring 2012 - acreditation, Autumn 2012, Autumn 2013, Autumn 2014, Autumn 2015, Autumn 2016, autumn 2017, Autumn 2018.
  • Enrolment Statistics (Autumn 2004, recent)
  • Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/autumn2004/F7301