Fyzika pevných látek - B2M34SST

Kredity 6
Semestry zimní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky čeština
Rozsah výuky 3P+1L
Anotace
Předmět, který je zaměřen na fyziku pevných látek, seznamuje se základními vlastnostmi materiálů užívaných v elektronice, zejména polovodičů, ale i kovů a dielektrik. Zahrnuje oblasti krystalografie, fyzikální podstaty vazeb v krystalech, základy termodynamiky pevných, dynamických vlastností krystalové mřížky, pásové struktury pevných látek a s ní spojených transportních jevů. Dále statistiky nosičů náboje v pevných látkách a jejich chování v magnetickém poli.
Cíle studia
Předmět podává teoretické předpoklady pro pochopení principů fukce elektronických struktur, součástek a zařízení.
Osnovy přednášek
1. Pojem pevné a kondenzované látky a jejich popis; krystaly. Klasifikace krystalů.
2. Charakter a druhy vazeb v krystalech; van der Waalsovy krystaly. Iontové a kovalentní krystaly.
3. Reciproká mřížka, Brillouinova zóna, studium prostorového uspořádání krystalu pomocí rozptylu rentgenového záření, svazku neutronů nebo elektronů.
4. Základy termodynamiky pevných látek - fáze, fázová rovnováha, směsné fáze, fázové diagramy, fázové transformace.
5. Dynamické vlastnosti kryst. mřížky; měrná tepla, deformace a napětí, elastická deformace.
6. Defekty krystalové mřížky; bodové poruchy, dislokace; vlastnosti povrchů, nanokrystaly.
7. Pásová struktura pevných látek. Polovodiče, efektivní hmotnost, hustota stavů.
8. Polovodič v termodynamické rovnováze. Elektrony a díry. Statistická rozdělení: Maxwell- Boltzmannovo rozdělení, Fermiho-Diracovo a Boseho-Einsteinovo. Výpočet polohy Fermiho hladiny.
9. Transportní jevy v polovodičích, srážkové mechanismy.
10. Elektrony a díry v nerovnováze, generace a rekombinace nositelů náboje.
11. Elektrická vodivost dielektrik, elektrická pevnost a průraz vlastní a tepelný. Polarizace dielektrik ve střídavém poli, komplexní permitivita a ztrátový činitel, feroelektrika, pyroelektrika, piezoelektrika.
12. Kovy, Fermiho plyn volných elektronů, Fermiho plochy. Magnetické jevy v látkách a jejich podstata, látky dia-,para-, fero-, feri-, antifero- magnetické.
13. Základy supravodivosti - Meissnerův jev, supravodiče I. a II. druhu, Cooperovy páry, vysokoteplotní supravodivost.
14. Optické vlastnosti pevných látek, luminiscence.
Osnovy cvičení
1. Seminář: opakování základů kvantové mechaniky
2. Seminář: Periodická tabulka prvků, souvislost s kvantovým modelem atomu
3. Seminář: Aplikace kvantové mechaniky ve strukturách s periodickým potenciálem
4. Počítačové nástroje ve FPL - praktické ukázky na PC.
5. Počítačové nástroje ve FPL - atomistický simulátor Quantumwise.
6. Quantumwise - základy práce v prostředí Virtual Nanolab
7. Quantumwise - praktické ukázky simulace pásové struktury PL.
8. Quantumwise - simulace kmitů krystalové mříže.
9. Simulace defektů v krystalech
10. Deep Level Transient Spectroscopy
11. Simulace transportu elektronů Metodou Monte Carlo
12. Simulace feromagnetických PL
13. Exkurze: FzÚ AV ČR - charakterizace PL
14. Zápočet
Literatura
1. Ch. Kittel: Introduction to Solid State Physics, 8th ed., Wiley 2005
2. K. F. Brennan: The Physics of Semiconductors, Cambridge University Press 1999
Požadavky
PHY2, PHY1, MCM,MC1, LAG.