F6121 Základy fyziky pevných látek

Přírodovědecká fakulta
podzim 2010
Rozsah
2/1/0. 3 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (přednášející)
doc. Mgr. Ondřej Caha, Ph.D. (cvičící)
prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Václav Holý, CSc.
Rozvrh
Po 11:00–12:50 Fs1 6/1017, St 8:00–8:50 F1 6/1014
Předpoklady
Znalosti základního kurzu fyziky (elektromagnetické pole, optika, kmity a vlnění), základní znalosti kvantové mechaniky (vlnová funkce Schroedingerova rovnice) na úrovni základního kurzu, elementární znalosti matematické analýzy (derivování a integrování jednoduchých funkcí) a algebry (systémy lineárních rovnic, matice)
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
V přednášce jsou podány základní informace o fyzice pevných látek v rozsahu potřebném pro všechny absolventy magisterského studia fyziky. Důraz je kladen na elektronové a fononové vlastnosti pevných látek a na vlastnosti polovodičů.

Po úspěšném absolvování tohoto předmětu by studenti měli být schopni
- popsat a vysvětlit základní vlastnosti krystalických pevných látek
- úspěšně aplikovat tyto obecné závěry v rámci předpovědi chování polovodičů
- analyzovat elektronovou a fononovou strukturu zvoleného krystalu.
Osnova
  • 1. Základy krystalografie Prostorová mřížka, Bravaisovy mřížky Wigner-Seitzova buňka, Krystalová mřížka Těsně uspořádané struktury Reciproká mřížka, Brillouinovy zóny, Millerovy indexy směrů a rovin. 2. Rtg difrakce Rozptyl rtg záření na atomu, na elementární buňce, na krystalu Pravidla vyhasínání difrakcí Difrakce na polykrystalu Vliv teplotních kmitů mřížky 3. Drudeho model elektronového plynu Základní předpoklady Elektrická statická vodivost Hallův jev, vf elektrická vodivost, tepelná vodivost. V čem Drudeho model vyhovuje a v čem ne? 4. Sommerfeldův model elektronového plynu Základní předpoklady Fermiho koule, hustota stavů Chemický potenciál Specifické teplo, elektrická vodivost, tepelná vodivost. 5. Elektron v periodickém poli Blochův teorém, Fermiho plocha, hustota stavů. Metoda téměř volných elektronů případ ideálně volných elektronů, konstrukce pásového schématu energií, situace v okolí hranice Brillouinovy zóny. Metoda LCAO pro s a p-stavy. 6. Kvasiklasický model pohybu elektronů Základní předpoklady. Elektronové a děrové orbity. Kvasiklasický pohyb ve stacionárním magnetickém poli. Cyklotronová frekvence Hustota stavů, Landauovy hladiny. 7. Polovodiče Základní vlastnosti, termodynamika nositelů proudu ve vlastním polovodiči Nevlastní polovodiče, obsazení příměsových hladin p-n přechod, elementární popis usměrňovacího efektu. 8. Klasická teorie harmonického krystalu. Specifická tepelná kapacita. Normální kmity 1rozměrné a 3rozměrné jednoatomové mřížky. Normální kmity 1rozměrné a 3rozměrné víceatomové mřížky. Akustické a optické kmity. 9. Kvantová teorie harmonického krystalu Tepelná kapacita mřížky. Debyeho model, Einsteinův model. Frekvenční hustota fononových stavů. 10. Klasifikace pevných látek typy chemických vazeb, van Der Waalsovy síly, kohezní energie
Literatura
  • KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL info
  • ASHCROFT, Neil W. a N. David MERMIN. Fizika tverdogo tela. Moskva: Mir, 1979, 399 s. info
  • ASHCROFT, Neil W. a N. David MERMIN. Fizika tverdogo tela. Translated by K. I. Kugel - A. S. Michajlov - Moisej Isaakovič Kaganov. Moskva: Mir, 1979, 424 s. info
  • DEKKER, Adrianus J. Fyzika pevných látek. Translated by Martin Černohorský. Praha: Academia, nakladatelství Československé akademie věd, 1966, 543 s. info
  • P. Y. Yu, M. Cardona, Fundamentals of Semiconductors, Springer 2001
Výukové metody
přednáška, cvičení, zápočtové příklady
Metody hodnocení
Podmínkou postupu k písmené a ústní zkoušce je úspěšné absolvování cvičení, t.j. aktivní účast na všech lekcích (předvést na cvičení zadané příklady) a vyřešení zápočtových příkladů dle specifikace vyučujícího.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2010 - akreditace, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.