Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Elementy teorii ciała stałego
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFCB-3-017-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia III stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie „Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej”
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. Petelenz Piotr (petelenz@chemia.uj.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. Petelenz Piotr (petelenz@chemia.uj.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Moduł zapoznaje studenta z podstawowymi pojęciami teoretycznej fizyki ciała stałego w zakresie przewidzianym dla niespecjalistów. Przy minimum wyprowadzeń, akcent położony jest na wnioski fizyczne.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Wykazuje fundamentalną wiedzę dotyczącą: - terminologii, głównych pojęć oraz przybliżeń teorii ciała stałego FCB3A_W06, FCB3A_W08 Kolokwium
Umiejętności
M_U001 Potrafi wyciągać wnioski, kojarzyć analogie i różnice pomiędzy modelowymi przypadkami fizycznymi, reprezentowanymi w teorii ciała stałego. FCB3A_W06, FCB3A_W08, FCB3A_W07 Kolokwium
M_U002 Potrafi:- odnieść pojęcia teorii ciała stałego do swojej specjalności naukowej i podać przykłady najnowszych (w skali światowej) zastosowań języka teorii ciała stałego w kontekście swoich zainteresowań badawczych.- sprawnie operować terminologią i modelami teorii ciała stałego w zaawansowanej dyskusji naukowej na poziomie akademickim. FCB3A_W06, FCB3A_W08, FCB3A_W07 Kolokwium
Kompetencje społeczne
M_K001 Wykazuje świadomość:- różnorodności podejść teoretycznych i przybliżeń granicznych używanych w teorii ciała stałego w zależności od kontekstu interpretacyjnego, ze szczególnym uwzględnieniem własnej specyfiki badawczej FCB3A_W06, FCB3A_W08, FCB3A_W07 Kolokwium
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Wykazuje fundamentalną wiedzę dotyczącą: - terminologii, głównych pojęć oraz przybliżeń teorii ciała stałego + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi wyciągać wnioski, kojarzyć analogie i różnice pomiędzy modelowymi przypadkami fizycznymi, reprezentowanymi w teorii ciała stałego. + - - - - - - - - - -
M_U002 Potrafi:- odnieść pojęcia teorii ciała stałego do swojej specjalności naukowej i podać przykłady najnowszych (w skali światowej) zastosowań języka teorii ciała stałego w kontekście swoich zainteresowań badawczych.- sprawnie operować terminologią i modelami teorii ciała stałego w zaawansowanej dyskusji naukowej na poziomie akademickim. + - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Wykazuje świadomość:- różnorodności podejść teoretycznych i przybliżeń granicznych używanych w teorii ciała stałego w zależności od kontekstu interpretacyjnego, ze szczególnym uwzględnieniem własnej specyfiki badawczej + - - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

Kurs presentuje elementarny opis teoretyczny wybranych zagadnień fizyki ciała stałego, istotnych w kontekstach chemicznych i biofizycznych inżynierii materiałowej. Są w nim omawiane następujące zagadnienia:
Symetria translacyjna i jej konsekwencje: sieć odwrotna, quasipęd, strefa Brillouina, twierdzenie Blocha. Dynamika sieci krystalicznej; fonony. Elektron w krysztale: teoria pasmowa, obraz pseudojednocząstkowy; metale: elektrony swobodne i prawie swobodne, przybliżenie masy efektywnej; inne kryształy: przybliżenie ciasnego wiązania, elektrony a dziury. Oddziaływanie elektron-elektron i podstawy fizyki metali: ekranowanie, oddziaływanie poprzez fonony, rzut oka na teorię nadprzewodnictwa (BCS). Oddziaływanie elektron-fonon: rozpraszanie, zwężenie pasm, polarony. Oddziaływanie elektron-dziura i podstawy fizyki półprzewodników; ekscytony Wanniera, Frenkla i pośrednie. Wzbudzenia ekscytonowe w kryształach molekularnych; rozszczepienie Dawydowa.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 92 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 35 godz
Przygotowanie do zajęć 25 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Całość oceny jest wynikiem ustnego kolokwium zaliczeniowego.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Zaliczony kurs matematyki i chemii (ew. fizyki) teoretycznej, lub równoważny; znajomość rachunku różniczkowego i całkowego oraz algebry macierzy, a także podstaw mechaniki klasycznej i kwantowej

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

J.M. Ziman, Wstęp do teorii ciała stałego, PWN, Warszawa 1977.
W. Harrison, Teoria ciała stałego, PWN, Warszawa 1976.
C. Kittel, Quantum theory of solids, Wiley, New York 1987.
M.P. Marder Condensed Matter Physics, Wiley, New York 2000.
J. Singleton, Band Theory and Electronic Properties of Solids, Oxford University Press, New York 2001.
V.M. Agranovich, Excitations in Organic Solids, Oxford University Press, New York 2009.
Bieżące publikacje specjalistyczne dotyczące indywidualnego kontekstu badawczego doktoranta.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. V.H.Smith Jr., P.Petelenz, Effective Electron-Hole Interaction Potentials and the Binding Energies of Exciton-Ionized Donor Complexes. Phys.Rev.B 17 (1978), 3253.
2. P.Petelenz, V.H.Smith, Mass Ratio Dependence and Critical Binding of Exciton-Ionised Donor Complex in Polar Crystals. Phys.Rev.B 23 (1981), 3066.
3. P.Petelenz, V.H.Smith, Stability of Excited States of Wannier- Exciton-Ionized Donor Complex in CdS. J.Phys.C 15 (1982), 3721.
4. J.Mrozek, P.Petelenz, V.H.Smith Jr, Widths of Excited States of the Wannier-Exciton-Ionized-Donor Complex in CdS, J.Phys.C 16 (1983), 3133.
5. P.Petelenz, V.H.Smith Jr, Theoretical Interpretation of the Electroabsorption Spectrum of the Anthracene Crystal. Chem.Phys. 131 (1989), 409.
6. I.V.Brovchenko, A.Eilmes, P.Petelenz, Multiple charge-transfer-induced local exciton levels in doped naphthalene crystals, J.Chem.Phys. 98 (1993), 3737.
7. P.Petelenz, Nonlocal polarizabilities in excited states of polyacene crystals, Chem.Phys.Lett. 215 (1993), 607.
8. P.Petelenz, D.Mucha, Autoionization of excited Frenkel states in the anthracene crystal, J.Chem.Phys. 100 (1994), 4607.
9. I.V.Brovchenko, A.Eilmes, P.Petelenz, Charge transfer induced local Frenkel exciton states in naphthalene crystals heavily doped with durene, J.Chem.Phys. 102 (1995), 3099.
10. P. Petelenz, Charge transfer excitons in organics, rozdział w „Organic Nanostructures: Science and Applications”, V.M.Agranovich and G.C.La Rocca, Eds., Proceedings of the International School of Physics “Enrico Fermi”, Course CXLIX, Società Italiana di Fisica, Bologna-Italy 2002, str. 1-21.
11. A. Stradomska, P. Petelenz, Intermediate Vibronic Coupling in Sexithiophene Single Crystals, J. Chem. Phys. 130 (2009) 094705.
12. W. Kulig, P. Petelenz, Spectral shape of intense exciton absorption in oligothiophene crystals, Phys. Rev. B 79 (2009) 094305.
13. P. Petelenz, W. Kulig, Intra-band relaxation of Frenkel excitons in sexithiophene crystals, Phys. Rev. B 80 (2009) 115127.
14. A. Stradomska, W. Kulig, M. Slawik, P. Petelenz, Intermediate vibronic coupling in charge transfer states: Comprehensive calculation of electronic excitations in sexithiophene crystal, J. Chem. Phys. 134 (2011) 224505.
15. P. Petelenz, B. Pac, Is dipole moment a valid descriptor of excited state’s charge-transfer character?, J. Am. Chem. Soc. 135, 17379 (2013).
16. P. Petelenz, M. Snamina, Locally Broken Crystal Symmetry Facilitates Singlet Exciton Fission, J. Phys. Chem. Lett. 7, 1913-1916 (2016).

Informacje dodatkowe:

OBECNOŚCI/NIEOBECNOŚCI I ICH KONSEKWENCJE

Kurs ma strukturę sekwencyjną. Z tego powodu nieobecność na jednym z wykładów bardzo utrudnia zrozumienie wykładów późniejszych, a w konsekwencji uzyskanie zaliczenia. Zalecana jest więc systematyczna frekwencja, a w przypadku nieobecności możliwie najszybsze uzupełnienie omawianego materiału we własnym zakresie w oparciu o literaturę, informację od współuczestników zajęć oraz konsultacje z wykładowcą. Słuchacze zachęcani są również do dyskusji w formie dodatkowych konsultacji z wykładowcą w odniesieniu do zagadnień trudniejszych lub szczególnie dla nich interesujących.