Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Introduction to solid state physics 2
Course of study:
2016/2017
Code:
JFT-1-609-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
6
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Toboła Janusz (tobola@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. dr hab. inż. Toboła Janusz (tobola@fis.agh.edu.pl)
dr hab. inż. Wiendlocha Bartłomiej (wiendlocha@fis.agh.edu.pl)
Module summary

„Podstawy FCS 2” omawiają własności elektronowe materii skondensowanej, które można rozumieć jako wynik istnienia elektronów i ich oddziaływania ze strukturą atomów, tj. jąder i innych elektronów.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K004 Student angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty FT1A_K04, FT1A_K01 Activity during classes,
Participation in a discussion
Skills
M_U004 Student potrafi prowadzić obliczenia związane z tematyką przedmiotu FT1A_U01, FT1A_U04 Activity during classes,
Test,
Participation in a discussion,
Execution of exercises
Knowledge
M_W005 Student posiada wiedzę o modelach teoretycznych, prostych (elektronów swobodnych) oraz złożonych (funkcjonału gęstości elektronowego) opisujących własności elektronowe ciała stałego. FT1A_W08, FT1A_W01, FT1A_W06, FT1A_W09 Examination
M_W006 Student posiada wiedzę o zastosowaniu tych modeli do zrozumienia własności fizycznych (np. magnetyzm, nadprzewodnictwo, termoelektryczność) metali i półprzewodników oraz znaczenie tych własności dla zastosowań tego typu materiałów. FT1A_W08, FT1A_W01, FT1A_W06, FT1A_W09 Examination
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K004 Student angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty - + - - - - - - - - -
Skills
M_U004 Student potrafi prowadzić obliczenia związane z tematyką przedmiotu - + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W005 Student posiada wiedzę o modelach teoretycznych, prostych (elektronów swobodnych) oraz złożonych (funkcjonału gęstości elektronowego) opisujących własności elektronowe ciała stałego. + - - - - - - - - - -
M_W006 Student posiada wiedzę o zastosowaniu tych modeli do zrozumienia własności fizycznych (np. magnetyzm, nadprzewodnictwo, termoelektryczność) metali i półprzewodników oraz znaczenie tych własności dla zastosowań tego typu materiałów. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

Tematem przedmiotu Podstawy Fizyki Ciała Stałego 2 są szeroko rozumiane własności elektronowe materii skondensowanej (przede wszystkim kryształów), czyli te własności materiałów (np. przewodnictwo elektryczne i cieplne, magnetyzm, nadprzewodnictwo) oraz wielkości fizyczne je opisujące, które można zrozumieć jako wynik istnienia elektronów “wędrownych” i ich oddziaływania ze strukturą atomów (jąder oraz pozostałych elektronów).

Tematy wykładów

1. Klasyczny i kwantowy model elektronów swobodnych (2 h).

2. Elektrony w potencjale periodycznym i sieć odwrotna (2 h).

3. Metale, półprzewodniki, półmetale i izolatory w świetle teorii pasmowej (2 h).

4. Metody obliczeń struktury elektronowej (2 h).

5. Przewodnictwo elektryczne metali czystych i stopów nieuporządkowanych (2 h).

6. Własności optyczne i termiczne metali (2 h).

7. Magnetyzm elektronów wędrownych (2 h).

8. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane (2 h).

9. Konwersja energii w materii skondensowanej (efekt termoelektryczny i magnetokaloryczny) (2 h).

10. Złącze p-n, diody oraz tranzystory (2 h).

11. Granice modelu pasmowego oraz efekty wielociałowe i relatywistyczne (2 h).

12. Fizyka powierzchni i międzypowierzchni (2 h).

13. Nadprzewodnictwo kryształów (2 h).

14. Oddziaływania nadsubtelne (2 h).

15. Zastosowanie modelu swobodnych fermionów w astrofizyce (2 h) – opcjonalnie.

Auditorium classes:

1. Modele gazu elektronowego (3 godz.)
Efekty kształcenia:
- student potrafi obliczyć koncentrację elektronów dla danej struktury krystalicznej
- student potrafi wykonać obliczenia związane z rozwiązaniem kwantowego modelu elektronów swobodnych,
- student potrafi uzyskać pasma energetyczne w ramach modelu ciasnego wiązania,

2. Teoria pasmowa kryształów (3 godz.)
Efekty kształcenia:
- student potrafi zinterpretować wyniki numerycznych obliczeń struktury pasmowej,
- student potrafi określić możliwość/konieczność stanu metalu/niemetalu/izolatora dla danej struktury,
- student potrafi rozróżnić strukturę elektronową ferro- i antyferro- i ferrimagnetyka.

3. Własności elektronowe metali (3 godz.)
Efekty kształcenia:
- student potrafi zinterpretować wyniki spektroskopii fotoemisji,
- student potrafi obliczyć parametry mikroskopowe (czas relaksacji, droga swobodna) na podstawie parametrów transportowych,
- student potrafi powiązać kształt powierzchni Fermiego prostych metali z wynikami efektu Halla.

4. Własności elektronowe i transportowe półprzewodników (3 godz.)
Efekty kształcenia:
- student potrafi oszacować koncentrację elektronów i dziur w półprzewodniku samoistnym i domieszkowym,
- student potrafi określić pierwiastki domieszkowe potrzebne do uzyskania określonych funkcji (typ n/p, szerokość przerwy),
- student potrafi zinterpretować wyniki pomiarów określających parametry półprzewodników.

5. Własności nadprzewodzące (3 godz.)
- student potrafi określić istotne wielkości elektronowe związane ze stanem nadprzewodzącym,
- student potrafi powiązać wyniki eksperymentalne z parametrami teorii BCS.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 120 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Participation in lectures 30 h
Realization of independently performed tasks 45 h
Participation in auditorium classes 15 h
Preparation for classes 28 h
Examination or Final test 2 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Oceny z ćwiczeń rachunkowych OC oraz z egzaminu OE obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa (OK) jest średnią arytmetyczną ocen z egzaminu OE i z ćwiczeń rachunkowych OC:
OK = (OE + OC)/2

Prerequisites and additional requirements:

znajomość rachunku różniczkowego i całkowego w zakresie podstawowym.
znajomość podstaw fizyki kwantowej.
zaliczenie przedmiotu „Fizyka ciała stałego I”.

Recommended literature and teaching resources:

Ascroft N. W., Mermin N. D., Fizyka ciała stałego, PWN Warszawa 1986.
Blatt F. J., Fizyka zjawisk elektronowych w metalach i półprzewodnikach, PWN Warszawa 1973.
Ibath H., Lüth H., Fizyka ciała stałego, PWN 1996.
Kittel, C., Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN 1999.
Tobola J., Notatki do wykładu oraz materiały na stronie www.
Zięba A., Kosturek R., opracowanie Teoria Pasmowa (na serwerze OEN AGH).

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Według listy publikacji zamieszczonych na stronie Biblioteki Głównej AGH: https://bpp.agh.edu.pl/autor/tobola-janusz-stefan-01554

Additional information:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności na ćwiczeniach, student uzgadnia bezpośrednio z osobą prowadzącą zajęcia.