F7122 Atomární výstavba rozlehlých systémů (2b)

Přírodovědecká fakulta
jaro 2009
Rozsah
2/1/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (přednášející)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr.
Rozvrh
Čt 10:00–12:50 Fs1 6/1017
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Navazuje na F5030 (Základy kvantové mechaniky) a F6121 (Základy fyziky pevných látek). Kvantová teorie podává fascinující obraz chování mikročástic. Kromě toho ale dovoluje pochopit, proč a jak se elektrony a jádra sdružují do atomů, atomy pak do molekul a rozlehlých systémů (pevné látky, kapaliny, clustery). Na základě atomového složení a geometrické struktury je dále možné interpretovat nejrůznější vlastnosti látek. Nejde jen o porozumění ,,v principu'', nýbrž o porozumění umožňující teoreticky určovat strukturu a potažmo i jiné vlastnosti látek na kvalitativní a semikvantitativní úrovni (s pomocí fyzikálně průhledných a matematicky vcelku jednoduchých postupů) nebo i velmi přesně (s využitím sofistikovaných ,,ab-initio'' metod, kde nevystupují jiné parametry než celkový počet elektronů a protonová a neutronová čísla zúčastněných jader). Cílem kurzu je přiblížit posluchačům systematickým způsobem základy této oblasti fyziky. Na konci kurzu by studenti měli být schopni (a) těmto základům porozumět a (b) řešit jednoduché úlohy s tím související. Představíme jak fyzikálně velmi názorné elementární modely, tak i některé prvky rigorosní kvantové teorie mnohaelektronových systémů. Výklad bude ilustrován na příkladech ze světa atomů, molekul, ,,klasických'' kondenzovaných látek i moderních materiálů, jejichž fyzikální vlastnosti zatím nejsou uspokojivě objasněny.
Osnova
  • I. Atomy. 1. Atom H: shrnutí tradiční nauky a relativistické opravy. 2. Atom He a koncept elektronové korelace. 3. Mnohaelektronové atomy. (a) Heuristický přístup: Hatreeho rovnice a stínění interakce mezi elektrony a jádrem. (b) Rigorosní přístup s využitím symetrie a variačního principu. 4. Periodická tabulka: vysvětlení hlavních trendů. II. Molekuly. 1. Obecné prvky teorie molekul: adiabatická aproximace, Hellmanův-Feynmanův teorém a viriálový teorém. 2. Kvantový popis nejjednodušších molekul a podstata kovalentní vazby. III. Rozlehlé systémy. Dvě východiska. 1. Pevná látka jako obří molekula. 2. Kondenzovaná látka jako moře elektronů na pozadí jader, zdůvodnění a zobecnění Sommerfeldova modelu. 3. Kvalitativní pohled na projevy Coulombovské interakce v mnohaelektronových systémech. 4. Kvalitativní vysvětlení krystalových struktur prvků a vybraných sloučenin. IV. Základní ideje moderních ab-initio metod, zejména metody funkcionálu hustoty.
Literatura
  • PILAR, Frank L. Elementary quantum chemistry. 2nd ed. Mineola, N.Y.: Dover Publications, 2001, xvi, 599. ISBN 0486414647. info
  • LEVINE, Ira N. Quantum chemistry. 5th ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1999, x, 739. ISBN 0136855121. info
  • KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL info
  • ASHCROFT, Neil W. a N. David MERMIN. Solid state physics. South Melbourne: Brooks/Cole, 1976, xxi, 826 s. ISBN 0-03-083993-9. info
Metody hodnocení
Přednášky a řešení příkladů ve cvičení. Kurz je ukončen zkouškou, která má písemnou část (vědomostní test) i ústní část, podmínkou přístupu ke zkoušce je vyřešení stanoveného počtu příkladů během semestru.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.