Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fizyka ciała stałego
Course of study:
2017/2018
Code:
CTC-2-203-TS-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Technologia szkła i powłok amorficznych
Field of study:
Chemical Technology
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. nadzw. dr hab. inż. Jedliński Jerzy (jedlinsk@agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. nadzw. dr hab. inż. Jedliński Jerzy (jedlinsk@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Tkacz-Śmiech Katarzyna (smiech@agh.edu.pl)
Zajusz Marek (zajuszm@agh.edu.pl)
Module summary

Zapoznanie się z hierarchicznym modelem budowy ciał stałych oraz poszczególnymi jego elementami, z odniesieniem do struktury krystalograficznej, struktury elektronowej i właściwości 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_K001 Ma świadomość, że wiedza podstawowa w zakresie fizyki ciała stałego pozwala lepiej rozumieć problemy w technologii materiałów. TC2A_K07 Participation in a discussion
Skills
M_U001 Zna wybrane eksperymentalne metody fizyki ciała stałego. Potrafi odpowiednio dobrać metodę badawczą dla określenia wybranych właściwości materiałów. Zna możliwości i ograniczenia tych metod. TC2A_U08 Test,
Scientific paper
M_U002 Zna podstawowe zależności pomiędzy budową materiałów i ich właściwościami. Potrafi je wykorzystywać przy interpretacji wyników eksperymentalnych. TC2A_U11, TC2A_U08 Activity during classes,
Test,
Participation in a discussion
Knowledge
M_W001 Rozumie związki pomiędzy zjawiskami zachodzącymi w kryształach i właściwościami różnego typu materiałów. TC2A_W02, TC2A_W12 Activity during classes,
Test
M_W002 Rozumie teoretyczne podstawy wybranych technologii materiałowych. TC2A_W02 Activity during classes,
Participation in a discussion
M_W003 Potrafi stosować metody matematyki w opisie zjawisk zachodzących w ciałach stałych. Ma świadomość potrzeby stosowania metod numerycznych w rozwiązywaniu problemów fizyki ciała stałego. TC2A_W03 Activity during classes,
Test
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_K001 Ma świadomość, że wiedza podstawowa w zakresie fizyki ciała stałego pozwala lepiej rozumieć problemy w technologii materiałów. + - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Zna wybrane eksperymentalne metody fizyki ciała stałego. Potrafi odpowiednio dobrać metodę badawczą dla określenia wybranych właściwości materiałów. Zna możliwości i ograniczenia tych metod. - - - - - + - - - - -
M_U002 Zna podstawowe zależności pomiędzy budową materiałów i ich właściwościami. Potrafi je wykorzystywać przy interpretacji wyników eksperymentalnych. + - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Rozumie związki pomiędzy zjawiskami zachodzącymi w kryształach i właściwościami różnego typu materiałów. + - - - - - - - - - -
M_W002 Rozumie teoretyczne podstawy wybranych technologii materiałowych. + - - - - - - - - - -
M_W003 Potrafi stosować metody matematyki w opisie zjawisk zachodzących w ciałach stałych. Ma świadomość potrzeby stosowania metod numerycznych w rozwiązywaniu problemów fizyki ciała stałego. - - - - - + - - - - -
Module content
Lectures:
Najważniejsze koncepcje oraz wybrane eksperymentalne i teoretyczne metody fizyki fazy skondensowanej.

Atomowa budowa ciała stałego: kryształy periodyczne, quasikryształy i ciała amorficzne. Sieć krystaliczna. Sieć odwrotna i dyfrakcja na krysztale (wzory Lauego i Bragga). Strefy Brillouina. Kryształy z bazą.
Dynamika sieci krystalicznej: fale sprężyste i fonony, efekty anharmoniczne i rozszerzalność cieplna, ciepło właściwe kryształów.
Wiązanie chemiczne i podział kryształów ze względu na wiązanie chemiczne: typy wiązań chemicznych i podstawowe właściwości kryształów jonowych i kowalencyjnych, struktura pasmowa kryształów jonowych i kowalencyjnych, kohezja kryształów.
Struktura elektronowa kryształów: gaz Fermiego elektronów swobodnych w przestrzeni 1D i 3D, prawo Ohma i przewodność elektryczna, pojemność cieplna gazu elektronowego, rozkład Fermiego-Diraca, gęstość stanów, gaz elektronów prawie swobodnych, funkcje Blocha i obraz struktury pasmowej w pierwszej strefie Brillouina.
Półprzewodniki: elektrony i dziury, półprzewodniki samoistne i domieszkowane.
Diamagnetyzm i paramagnetyzm: podatność magnetyczna, uporządkowanie magnetyczne, ferromagnetyzm, magnetyczne przemiany fazowe, efekt Halla.
Przemiany fazowe I i II rodzju, teoria Landaua-Ginzburga.
Nadprzewodnictwo (nadprzewodniki I i II rodzaju, równanie Londona, efekt Josephsona, elementy mikroskopowej teorii nadprzewodnictwa.
Właściwości optyczne: odbicie i załamanie światła, optyczna funkcja dielektryczna, załamanie światła, polaryzacja nieliniowa.

Seminar classes:
  1. Treści programowe zajęć seminaryjnych odpowiadające tematyce kolejnych wykładów.

    Hierarchiczny model budowy ciał stałych. Opis sieci krystalicznej i sieci odwrotnej, wskaźniki Millera i symetria translacyjna, komórka elementarna i prymitywna. Typowe struktury krystaliczne. Wiązanie chemiczne w krysztale i tetraedr wiązań. Sprężystość kryształów. Fonony i krzywe dyspersji fononów. Ciepło właściwe sieci krystalicznej i rozszerzalność cieplna komórki elementarnej. Gaz Fermiego elektronów swobodnych: model 1D i 3D. Struktura pasmowa – typowe modele struktury pasmowej metali, półprzewodników i izolatorów. Magnetyczne i ferroelektryczne przemiany fazowe. Właściwości optyczne kryształów.

  2. Metody doswiadczalne badań budowy, składu chemicznego i właściwości ciał stałych

    Metody badań struktury kryształów: dyfrakcja rentgenowska, spektroskopia rentgenowska, rozpraszanie elastyczne (dyfrakcja) neutronów. Metody badań powierzchni: dyfrakcja jonów i wysokoenergetycznych elektronów, mikroskopia sił atomowych, skaningowa mikroskopia tunelowa. Metody badania zjawisk optycznych: badania rozpraszania i transmisji promieniowania. Metody badania właściwości magnetycznych: mikroskop sił magnetycznych, rozpraszanie neutronów. Metody rezonansowe : NMR i EPR, FMR.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 80 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Contact hours 2 h
Examination or Final test 2 h
Realization of independently performed tasks 13 h
Preparation for classes 10 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 8 h
Participation in seminar classes 30 h
Participation in lectures 15 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocenę końcową stanowi ocena z zajęć seminaryjnych, wystawiona na podstawie oceny z kolokwium zaliczeniowego, przygotowanej prezentacji i aktywności Studenta na zajęciach.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw krystalochemii.
Znajomość podstaw fizyki w zakresie: mechaniki, optyki, elektryczności i magnetyzmu.

Recommended literature and teaching resources:

Kittel Ch., Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN, Warszawa 1999 r.
Ibach H., Lüth H., Fizyka ciała stałego- wstęp do teorii i eksperymentu, PWN, Warszawa 1996 r.
Heunel A., W.Szuszkiewicz, Zadania z fizyki atomu, cząsteczki i ciała stałego, PWN, Warszawa, 1994.
N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, „Fizyka ciała stałego”, PWN, Warszawa. 1986.
K. Tkacz-Śmiech, „Elektrony w atomach, cząsteczkach i kryształach. Wprowa-dzenie w zagadnienia wiązania chemicznego w strukturach nieorganicznych”, Wyd. Naukowe AGH, Kraków 2002.
A. Oleś, „Metody doświadczalne fizyki ciała stałego”, PWT, Warszawa, 1998.

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

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None