FI040 - FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO (Curso 2011)

Transcripción

1 FI040 - FÍSICA DEL ESADO SÓLIDO (Curso 2011) DOCENES: eórico: Ricardo Marotti khamul@fing.edu.uy IFFI: / / ráctico: Sebastián orterolo seba@fisica.edu.uy HORARIO: eórico: Martes 14:00 a 16:00 Salón 107. Viernes 14:00 a 16:00 Salón 107. ráctico: Miércoles 16:00 a 18:00 Salón 107. Horario de Recuperación: Lunes en horario y salón a determinar. DURACIÓN: 14/3 al 01/7. ROGRAMA RESUMIDO: 1 EMA 1: Estructura Cristalina. Red Recíproca. EMA 2: Difracción de Rayos. EMA 3: Fuerzas Interatómicas y Enlaces en los Cristales. 1 Ver rograma Detallado al final de este documento. 1/8

2 EMA 4: Vibraciones de la Red. ropiedades érmicas. EMA 5: El Modelo de Electrones Libres. EMA 6: Bandas de Energía en Sólidos. EMA 7: Semiconductores. EMA 8: ropiedades Dieléctricas y Magnéticas. BIBLIOGRAFÍA: BÁSICA: Introducción a la Física del Estado Sólido, Charles Kittel. Ed. Reverté. Solid-State hysics: An Introduction to rinciples of Materials Science, H. Ibach y H. Lüth. Springer Verlag, CONSULA: Solid State hysics, N. W. Ashcroft y N. D. Mermin. Ed. Saunders College HRW. EVALUACIÓN DEL CURSO: INSANCIA UNAJE Entregas periódicas de Ejercicios seleccionados. 15 rimer rueba arcial. 40 Segunda rueba arcial. 40 resentaciones Orales de emas seleccionados. 5 OAL: Mínimo Aprobación Curso: 25 Exoneración arte Escrita Examen: /8

3 CRONOGRAMA (tentativo): Semana Clases ema /3 al 18/3 21/3 al 25/3 (*) ema 3 Introducción y Enlaces Cristalinos. Clase 15/3 a recuperar (ver 21/3). 16/3: No hay clase práctico. 18/3: rimer clase de teórico. ema 1 Estructura Cristalina y Red Recíproca; y ema 2 Difracción de Rayos. 21/3: Recuperación clase 15/3. 22/3 y 25/3: Clases normales de teórico. 23/3: Clase de teórico. 28/3 al 1/4 ema 2 Difracción de Rayos. 28/3: Clase extra en sustitución clase Martes 26/4. 29/3: rimer Clase de práctico. 30/3: Clase de teórico. 1/4: Clase normal de teórico. 4/4 al 8/4 emas 3 y 4 Constantes Elásticas y Vibraciones. 11/4 al 15/4 18/4 al 22/4 25/4 al 29/4 5/4: Clase normal de teórico. 6/4: Clase de teórico. 8/4: Clase de práctico. ema 4 Vibraciones y Fonones. 11/4: Recuperación clase 12/4. 13/4 y 15/4: Clases de práctico. Semana de urismo ema 4 Vibraciones y Fonones. Bibliografía (**) 3/3/1 1/1/2 2/2/3 2/2/3 -/4/- 4/5/4 4/5/4 3/8

4 No hay clase 24/4. Se dio 28/3. 8 2/5 al 6/5 ema 4 ropiedades érmicas de Fonones. 9 9/5 al 13/5 ema 4 ropiedades érmicas de Fonones, y rueba /5 al 20/ /5 al 27/5 5/6/5 5/6/5 ema 5 Electrones Libres. 6/7/6 ema 5 Conducción Electrónica 12 30/5 al 3/6 Finalización ema 5 e Inicio ema 8 Dieléctricos. 13 6/6 al 10/6 ema 6 Estructura Electrónica y Bandas de Energía /6 al 17/6 15 (***) 16 (***) 20/6 al 24/6 Continuación ema 6 Estructura Electrónica y Bandas de Energía.. 6/7/9 6 y 10/7, 8 y 13/9 y 11 7/9/7 9/10/9 ema 7 Semiconductores. 8 y 11/11 y 18/12 27/6 al 1/7 ema 8 Dieléctricos y Ferroeléctricos. Superconductores. Magnetismo u 8/7 rueba 2 13, 10 y 11/13, 14 y 18/11. 12/12/10 14 y 15/15 y 16/8 (*) ema corresponde al del rograma. (**) Los números indican los capítulos correspondientes en los libros Kittel 3ª Edición en español (corresponde a la 6ª en inglés), Kittel 2ª Edición en español (corresponde a la 4ª en inglés), e Ibach-Lüth 2ª Edición en inglés, respectivamente. NOA: Existe un archivo.djvu con la 7ª Edición en inglés, que es similar a la 3ª Edición en español (6ª en inglés) pero que incluye además el ema 3 en su Capítulo 3. 4/8

5 (***) Los temas de la semanas 15 y 16 podrían ser cubiertos por los estudiantes como parte de las resentaciones Orales de emas Seleccionados (ver Evaluación del Curso). NOA: Las primeras semanas del curso 2011 sufrirán algunas variaciones en el calendario regular de clases. Las mismas se detallan a continuación: Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes 14/3 21/3 28/3 4/4 11/4 18/4 25/4 2/5 15/3 22/3 29/3 5/4 12/4 19/4 26/4 3/5 16/3 23/3 30/3 6/4 13/4 20/4 27/4 4/5 17/3 24/3 31/3 7/4 14/4 21/4 28/4 5/5 18/3 25/3 1/4 8/4 15/4 22/4 29/4 6/5 = No hay clase. = Clase Especial de eórico. = Clase Especial de ráctico. = No hay clase. = Clase Normal de eórico. = Clase Normal de ráctico. 5/8

6 Entregas de Ejercicios rácticos: ráctico ema Semana Fecha Enlaces Sin entrega Sin entrega I 1 - Redes Cristalinas 4 6/4 II 2 Red Recíproca y Difracción de Rayos 5 15/4 III 3 - Constantes Elásticas 7 27/4 IV 4 - Vibraciones 9 11/5 V 4 - ropiedades érmicas 11 27/5 VI 5 - Electrones Libres 13 10/6 VII VIII 6 - Estructura Electrónica 7 Semiconductores y Otros emas 15 24/6 17 8/7 emas resentaciones Orales: Excitaciones elementales en Estado Sólido (lasmones, olarones, olaritones). rocesos Ópticos y Excitones. Uniones p-n y heteroestructuras. Superconductividad. Dieléctricos y Ferroeléctricos. Diamagnetismo y aramagnetismo. Ferromagnetismo y Antiferromagnetismo. Otros emas para resentaciones Orales: Sólidos no cristalinos. Defectos untuales. Física de Superficies e Interfaces. Dislocaciones. Aleaciones. 6/8

7 emas untuales resentaciones Orales (< untaje): Efecto Hall y Efecto Hall Cuántico. Experimentos e Difracción con artículas Diversas. Espectroscopia Raman. Experimentos a Bajas emperaturas. Espectroscopia de Fotoemisión. Ondas de Spin Magnetostáticas. Magnetismo de Superficie. Oscilaciones Cuánticas y opología de Superficies de Fermi. unelamiento de un Electrón en Junturas Superconductoras. unelamiento de ares de Cooper: Efecto Josephson. Espectroscopia con Fotones y Electrones. Espectroscopia Infrarroja. El Método de la Reflección otal Frustrada. Resonancia de Cyclotron en Semiconductores. Semiconductores Epitaxiales.... y otros temas a proposición de los estudiantes. ROGRAMA DEALLADO: EMA 1: ESRUCURA CRISALINA. RED RECÍROCA: Distribución periódica de átomos. Simetría de traslación. Definiciones básicas: red, base, estructura cristalina, vectores de traslación de la red, celda unidad, celda primitiva. Operaciones y elementos de simetría. Redes de Bravais y sistemas cristalinos. Direcciones y planos en el cristal. Indices de Miller. Ejemplos de estructuras cristalinas. Red recíproca. Zonas de Brillouin. ropiedades de los vectores de la red recíproca. Sólidos reales: defectos puntuales, dislocaciones. EMA 2: DIFRACCIÓN DE RAYOS : Dispersión atómica. Vector de dispersión. Dispersión por el cristal. Factores de dispersión. Factor de estructura. Red recíproca y difracción de rayos. Ley de Bragg. Ecuaciones de Laue. Reglas de extinción. écnicas experimentales. Difracción de electrones y neutrones. EMA 3: FUERZAS INERAÓMICAS Y ENLACES EN LOS CRISALES: ipos de enlace. Cristales de gases inertes: propiedades, potencial de Lennard-Jones, constantes de equilibrio, energía de cohesión. Cristales iónicos: propiedades, energía de interacción, constante de Madelung. Cristales covalentes. Metales. EMA 4: VIBRACIONES DE LA RED. ROIEDADES ÉRMICAS: Ondas elásticas. Enumeración de modos. Densidad de estados de un medio continuo. Modelo 7/8

8 clásico y modelo de Einstein. Calculo del calor específico. Modelo de Debye. Densidad de estados. Frecuencia de Debye. Calor específico en el modelo de Debye. Fonones. Ondas en la red: red unidimensional monoatómica y red unidimensional diatómica. Condiciones cíclicas de frontera. Relación de dispersión. Densidad de estados. Redes tridimensionales. eoría exacta del calor específico. Fonones. Conductividad térmica en los dieléctricos. Interacción fonón-fonón, procesos N y U. Dispersión inelástica de rayos, neutrones y luz. Dilatación térmica. EMA 5: EL MODELO DE ELECRONES LIBRES: Hipótesis del modelo. Gas de Fermi de electrones libres. Solución de la ecuación de Schrödinger. Densidad de estados. Distribución de Fermi-Dirac. Energía de Fermi. Superficie de Fermi. Calor específico de los electrones de conducción. Conductividad eléctrica y térmica en los metales. Emisión termoiónica. EMA 6: BANDAS DE ENERGÍA EN SÓLIDOS: El teorema de Bloch. Bandas de energía. Energías prohibidas. Simetría de las bandas en el espacio k. Zonas de Brillouin. Número de estados en una banda. Metales, aislantes y semiconductores. Cálculo de bandas de energía. Modelo de la red vacía. Modelo de electrones casi libres. Modelo de ligaduras fuertes. Densidad de estados. La superficie de Fermi. Velocidad de los electrones de Bloch. Dinámica del electrón en un campo eléctrico. Masa efectiva. Concepto de hueco. Efecto Hall. Conductividad eléctrica. Dinámica del electrón en un campo magnético. Frecuencia ciclotrónica de los electrones de Bloch. EMA 7: SEMICONDUCORES: Semiconductores. Estructura de bandas. Banda de conducción, banda de valencia y banda rohibida. Semiconductor intrínseco. Concentración de portadores y energía de Fermi. Estados de impureza. Aceptores y donores. Semiconductor extrínseco. Concentración de portadores y energía de Fermi. Conductividad eléctrica y movilidad. Difusión. EMA 8: ROIEDADES DIELÉCRICAS Y MAGNÉICAS: Ferroeléctricos. Diamagnetismo, paramagnetismo y ferromagnetismo Antiferro-magnetismo y ferrimagnetismo. Superconductividad. 8/8