Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Podstawy fizyki ciała stałego 2
Course of study:
2017/2018
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:
Module summary

Tematyka Fizyki Ciała Stałego II dotyczy własności elektronowych ciał stałych, czyli takich własności materii skondensowanej, które można zrozumieć jako wynik istnienia elektronów i ich oddziaływania ze strukturą atomową. Wykład jest przeglądem metod teoretycznych i technik eksperymentalnych umożliwiających badanie i interpretację własności elektrycznych, termicznych, magnetycznych, optycznych oraz nadprzewodzących materiałów.

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, FT1A_K01 Activity during classes,
Participation in a discussion
Skills
M_U004 Student potrafi prowadzić obliczenia związane z tematyką przedmiotu FT1A_U01, FT1A_U04, FT1A_U04, FT1A_U01 Activity during classes,
Test,
Participation in a discussion,
Execution of exercises
Knowledge
M_W005 Student posiada wiedzę o sekwencji modeli teoretycznych (od modelu fluidu przewodzącego do teorii pasmowej) opisujących własności elektronowe ciała stałego. FT1A_W08, FT1A_W09, FT1A_W01, FT1A_W06, FT1A_W01, FT1A_W06 Examination
M_W006 Student posiada wiedzę o zastosowaniu tych modeli do zrozumienia własności fizycznych metali i półprzewodników, oraz znaczenie tych własności dla zastosowań tych materiałów FT1A_W08, FT1A_W09, FT1A_W01, FT1A_W06, FT1A_W01, FT1A_W06 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 sekwencji modeli teoretycznych (od modelu fluidu przewodzącego do teorii pasmowej) opisujących własności elektronowe ciała stałego. + - - - - - - - - - -
M_W006 Student posiada wiedzę o zastosowaniu tych modeli do zrozumienia własności fizycznych metali i półprzewodników, oraz znaczenie tych własności dla zastosowań tych 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 C oraz z egzaminu E obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia arytmetyczna ocen z egzaminu E i z ćwiczeń rachunkowych C:
OK = 0.5 x E + 0.5 x C

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość rachunku różniczkowego i całkowego w zakresie podstawowym
Znajomość podstaw fizyki kwantowej
Zaleczenie przedmiotu „Fizyka ciała stałego I”

Recommended literature and teaching resources:

Kittel, C., Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN 1999. (ew. wydanie 1970)
Ibath H., Lüth H., Fizyka ciała stałego, PWN 1996
Ascroft N. W., Mermin N. D., Fizyka ciała stałego, PWN Warszawa 1986
Zięba A., Kosturek R., opracowanie Teoria Pasmowa (na serwerze OEN AGH)

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

Tytuł An Sn-induced resonant level in beta−As2Te3
Autorzy Bartłomiej WIENDLOCHA, Jean-Baptiste Vaney, Christophe Candolfi, Anne Dauscher, Bertrand Lenoir, Janusz TOBOŁA
Źródło Physical Chemistry Chemical Physics. — 2018 vol. 20 iss. 18, s. 12948–12957. — tekst: http://pubs-1rsc-1org-1wu2bf6dz01e6.wbg2.bg.agh.edu.pl/en/content/articlepdf/2018/cp/c8cp00431e?page=search

Tytuł Correlation between electronic structure, transport and electrochemical properties of a LiNi1−y−zCoyMnzO2 cathode material
Autorzy Janina MOLENDA, Anna MILEWSKA, Wojciech ZAJĄC, Michał RYBSKI, Janusz TOBOŁA
Źródło Physical Chemistry Chemical Physics. — 2017 vol. 19 iss. 37, s. 25697–25706. — tekst: https://goo.gl/iL2QTa

Tytuł Effect of isovalent substitution on the electronic structure and thermoelectric properties of the solid solution alpha−As2Te3–xSex(0≤x≤1.5)
Autorzy Jean-Baptiste Vaney, [et al.], Bartłomiej WIENDLOCHA, Janusz TOBOŁA, [et al.]
Źródło Inorganic Chemistry. — 2017 vol. 56 iss. 4, s. 2248–2257

Tytuł Electronic structure and magnetism of Lix(Ni−Co−Mn)O2 in view of KKR-CPA calculations
Autorzy M. RYBSKI, J. TOBOŁA, S. KAPRZYK, J. MOLENDA
Źródło Solid State Ionics. — 2018 vol. 321, s. 23–28. — tekst: https://www-1sciencedirect-1com-1000027az027d.wbg2.bg.agh.edu.pl/science/article/pii/S0167273817310081/pdfft?md5=208483fd6c1ad4d0833a3b17c858b66f&pid=1-s2.0-S0167273817310081-main.pdf

Tytuł Impact of crystal structure singularity on transport and electrochemical properties of Lix(LiyFezV1−y−z)O2 – electrode material for lithium batteries
Autorzy Bartłomiej GĘDZIOROWSKI, Janusz TOBOŁA, Artur Braun, Janina MOLENDA
Źródło Functional Materials Letters. — 2016 vol. 9 no. 4, art. no. 1641006, s. 1641006-1–1641006-12

Tytuł Interplay of crystal structure preference and magnetic ordering in high entropy CrCoFeNiAl alloys
Autorzy K. JASIEWICZ, S. KAPRZYK, J. TOBOŁA
Źródło Acta Physica Polonica. A. — 2018 vol. 133 no. 3, s. 511–513. — tekst: http://przyrbwn-1icm-1edu-1pl-1g71sbrdz00ef.wbg2.bg.agh.edu.pl/APP/PDF/133/app133z3p054.pdf

Tytuł Interplay of electronic, structural and magnetic properties as the driving feature of high-entropy CoCrFeNiPd alloys
Autorzy M. Calvo-Dahlborg, J. Cornide, J. TOBOŁA, D. Nguyen-Manh, J. S. Wróbel, J. Juraszek, S. Jouen, U. Dahlborg
Źródło Journal of Physics. D, Applied Physics. — 2017 vol. 50 no. 18 art. no. 185002, s. 1, 1–12. — tekst: https://goo.gl/8YKoLm

Tytuł Magnetic properties of sigma-phase FeCrX(X=Co,Ni) alloys: experimental and theoretical study
Autorzy J. CIEŚLAK, J. TOBOŁA, M. Reissner
Źródło Acta Materialia. — 2017 vol. 123, s. 35–43. — tekst: http://www-1sciencedirect-1com-1atoz.wbg2.bg.agh.edu.pl/science/article/pii/S1359645416307650

Tytuł Magnetization, high pressure, and magnetocaloric studies of MnRuxRh1−xAs (x=0.05,0.1): experimental and theoretical approaches
Autorzy D. Szymański, R. Zach, W. Chajec, R. Duraj, J. TOBOŁA, M. Guillot, S. Haj-Khlifa, D. Fruchart
Źródło Journal of Alloys and Compounds. — 2019 vol. 776, s. 59-70. — tekst: https://www-1sciencedirect-1com-1000027pp006c.wbg2.bg.agh.edu.pl/science/article/pii/S0925838818338052/pdfft?md5=99dd91d2054a50114e5d8e0b95c8cc30&pid=1-s2.0-S0925838818338052-main.pdf

Additional information:

None