Contenidos Programáticos Programas de Pregrado CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD: FÍSICA PROGRAMA: FÍSICA Y GEOLOGÍA DEPARTAMENTO DE: ÁREA:

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1 Página 1 de 4 CIENCIAS BÁSICAS FACULTAD: FÍSICA PROGRAMA: FÍSICA Y GEOLOGÍA PARTAMENTO : CURSO : ESTADO SÓLIDO CÓDIGO: ÁREA: REQUISITOS: CORREQUISITO: CRÉDITOS: 4 TIPO CURSO: TEÓRICO JUSTIFICACIÓN La asignatura de Física del Estado Sólido describe las propiedades físicas de los sólidos desde el punto de vista de su estructura atómica. Su desarrollo fue estimulado la aparición de la mecánica cuántica, debido a una amplia gama de aplicaciones muy importantes, en particular, la tecnología de los semiductores. La física del estado sólido en esencia, establece una exión entre las propiedades de los átomos y las moléculas individuales y las propiedades que se encuentran cuando los átomos o moléculas se combinan formando cristales de sistemas ordenados regularmente. Estas propiedades se pueden explicar por medio de modelos físicos simples. El tema central de estudio de este campo de la ciencia, en primer lugar, son las propiedades de las sustancias en estado sólido, su exión la estructura y composición microscópica, la predicción heurística y la búsqueda de nuevos materiales y los efectos físicos en ellas. OBJETIVO GENERAL Estudiar y comprender las propiedades físicas fundamentales de los sólidos desde el punto de vista microscópico y de su estructura cristalina. 1

2 Página 2 de 4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar los diferentes tipos de estructuras cristalinas existentes. Entender la relación entre las redes reales y sus redes recíprocas. Comprender la relación entre estructura, características de enlace y las propiedades de los sólidos. Analizar las propiedades vibracionales de las redes cristalinas y estudiar las COMPETENCIAS propiedades térmicas de los sólidos. Entender los fundamentos de la interacción de la radiación los sólidos. Comprender la relación entre la estructura de bandas de los sólidos y sus propiedades electrónicas. UNIDAD 1 ESTRUCTURA CRISTALINA Y DIFRACCIÓN L Importancia de la física del estado 2 4 sólido Redes cristalinas 2 4 Celda unidad y primitiva 1 2 Redes de Bravais Base cristalina 3 6 Direcciones y planos cristalográficos 1 2 Índices de Miller 1 2 Estructuras cristalinas más relevantes 2 4 Red reciprocas, propiedades Redes reciprocas más importantes 2 4 Zona de Brillouin 1 2 Difracción de rayos X 1 2 Formulación de Bragg Formulación de Laue Construcción de Ewald 2 4 Factor de forma atómica 2

3 Página 3 de 4 Factor de estructura Método experimental de difracción 1 2 UNIDAD 2 DINÁMICA RES Vibraciones reticulares en cristales unidimensionales. Cadena atómica Modos normales L 2 4 Densidad de estados 1 2 Energía de vibración e un cristal y su cuantificación Anarmonicidad 1 2 Dispersión de neutrones 1 2 UNIDAD 3 PROPIEDAS TÉRMICAS LOS SÓLIDOS Capacidad calorífica de la red L Modelo clásico Modelo de Einstein 1 2 Modelo de Debye 2 Contribución de los electrones al calor especifico del cristal. La ductividad térmica de los aislantes Modelo clásico Modelo fonónico 1 2 UNIDAD 4 ENCE CRISTALINO L Energía de cohesión 2 4 Cristales iónicos Cristales covalentes 3

4 Página 4 de 4 Cristales metálicos 2 4 Cristales enlace de hidrógeno UNIDAD 5 POTENCIAL PERIODICO RED Teoría de bandas L Ecuación de Schrödinger para el 1 2 sólido. Aproximaciones El potencial periódico del cristal 1 2 Teorema de Bloch Consecuencia del teorema de Bloch 1 2 Bandas de energía 1 2 Representaciones graficas Relación la dición de bragg 2 4 Superficie de Fermi Densidad de estados electrónicos 1 2 Clasificación de los sólidos en función 1 2 de la ocupación de bandas El modelo unidimensional de Kronig 2 4 Penny Teoría de electrones cuasilibres 2 4 Aproximación de enlace fuerte 3 6 UNIDAD 6 DINÁMICA LOS ELECTRONES BLOCH L Modelo semiclásico 1 2 Las ecuaciones de movimiento Masa efectiva del electrón en el 2 4 cristal Concepto de hueco 1 2 La ductividad eléctrica y térmica de los metales, dependencia de la temperatura 2 4 4

5 Página 5 de 4 UNIDAD 7 ELECTRONES LIBRES EN METALES L Modelo de Drude: ductividad 1 2 Modelo de Somerfield 1 2 Propiedades del estado fundamental del gas de electrones libres El gas de electrones libres a temperatura finita Capacidad calorífica del gas de electrones libres METODOLOGÍA (Debe evidenciarse el empleo de nuevas tecnologías de apoyo a la enseñanza y al aprendizaje) Se realizaran las clases de forma magistral, presentaciones en power point utilizando un TV un dongle, Tablet y/o PC ectados a internet, utilizando simulaciones de algunas estructuras cristalinas, y aplicaciones interactivas. Por medio de búsquedas de los básicos en las páginas electrónicas se harán talleres de trabajo que aclaren los físicos fundamentales. SIS EVALUACIÓN Se realizarán tres evaluaciones parciales, cada una un valor del 20% para un total del 60%; los talleres, exposiciones y quices, tendrán un valor total del 40%. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Charles Kittel. Introducción a la física del estado sólido. Editorial Reverte. Quinta edición. N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid State Physics. W.B. Saunders Company, Mckelvey. Física del estado sólido y semiductores. Editorial Limusa. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Charles A. Wert, Ribb M. Thomson. Física de los sólidos. Editorial Mc Graw. A. S. Davidov Teoría del Sólido, Editorial Mir Moscú,

6 Página 6 de 4 DIRECCIONES ELECTRÓNICAS APOYO AL CURSO NOTA: EN CADA UNA S UNIDAS EL DOCENTE BERA PROPONER MÍNIMO UNA LECTURA EN LENGUA INGLESA Y SU MECANISMO CONTROL 6

7 Página 7 de 4 UNIDAD No. 1 ESTRUCTURA CRISTALINA Y DIFRACCIÓN COMPETENCIAS A : Capacidad para gestionar la información y resolver problemas. Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de los y teorías fundamentales más importantes de la física del estado sólido. Importancia de la física del estado sólido Redes cristalinas Celda unidad y primitiva Base cristalina Direcciones y planos cristalográfi cos Índices de Miller Estructuras cristalinas más relevantes Redes reciprocas más importantes Zona de Brillouin Difracción de rayos X Clase exposición magistral de Definir las celdas Clase exposición ejemplos de ejemplos Definición de los índices Estudio de las estructuras más importantes de Definir las celdas Determinación de estructuras POR EL ACOMPAÑAMIEN TO AL L 2 Lecturas, talleres 4 1 Quices, exposiciones, sultas 2 Estudio de las estructuras más importantes 1 Visualización de las celdas 3 Dibujar las bases más comunes 1 Buscar ejemplos y desarrollarlos 4 1 Buscar estructuras en la web 2 1 Buscar celdas en la web 6 los avances 2 los avances 1 Hallar los índices 2 1 Quiz 2 Ver simulaciones 4 1 Tarea de investigación 2 Estudiar sus ecuaciones y dibujar redes 1 Representar las principales ZB 1 Investigar los patrones de redes cúbicas 4 1 Taller 2 1 Solución de problemas 2 1 Evaluación parcial 7

8 Página 8 de 4 UNIDAD No. 2 DINAMICA RES COMPETENCIAS A : Capacidad para resolver problemas. Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de los y teorías fundamentales más importantes de la física del estado sólido. Vibraciones reticulares en cristales unidimensio nales. Cadena atómica Desarrollo de la relación de dispersión 4 Estudiar los casos de modos 1D. ACOMPAÑAMIENTO AL L INPENDIEN TE 2 1 Revisión de tareas y talleres. Densidad de estados Energía de vibración e un cristal y su cuantificació n Dispersión de neutrones Deducción de la ecuación Desarrollo de la relación de dispersión de energía en función de K Explicar las técnicas de estudio de los MNV 2 Lecturas 1 1 Ejercicios 2 Lecturas 4 1 Quices 2 Lecturas 4 1 Quices 8

9 Página 9 de 4 UNIDAD No. 3 PROPIEDAS TÉRMICAS LOS SÓLIDOS COMPETENCIAS A : Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de los y teorías fundamentales más importantes de la física del estado sólido. Modelo de Einstein Desarrollo de la ecuación 1 Estudio del modelo ACOMPAÑAMIENTO AL L 2 l modelo Modelo de Debye Desarrollo de la ecuación 1 Repaso en casa 2 l modelo Contribució n de los electrones al calor especifico del cristal. La ductivida d térmica de los aislantes Modelo fonónico Exposición Desarrollo de la teoría 1 Investigar en la web Búsqueda de tablas de ductividad 1 T para diferentes aislantes 2 Repaso en casa 2 l tema 2 la teoría 2 l tema 9

10 Página 10 de 4 UNIDAD No. 4 ENCE CRISTALINO COMPETENCIAS A : Capacidad para gestionar la información y resolver problemas. Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de los y teorías fundamentales más importantes de la física del estado sólido. Energía de cohesión Cristales iónicos Exposición ACOMPAÑAMIENTO AL L 2 1 Exposiciones Cristales covalentes Exposición 2 1 Exposiciones Cristales metálicos Exposición del tema 1 Búsquedas de materiales y sus tipos de enlace 2 1 Quices UNIDAD No. 5 POTENCIAL PERIODICO RED. COMPETENCIAS A : Capacidad para gestionar la información y resolver problemas. Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de los y teorías fundamentales más importantes de la física del estado sólido. Ecuación de Schrödinger para el sólido. Desarrollo de las soluciones y temas de mecánica cuántica ACOMPAÑAMIENTO AL L 10

11 Página 11 de 4 Aproximacio nes El potencial periódico del cristal Casos particulares de potencial Teorema de Bloch Consecuenc ia del teorema de Bloch Bandas de energía Representa ciones graficas Revisión de las particularida des Ondas de Bloch Exposición sobre la teoría de bandas Revisión de los casos importantes Revisión de Relación la dición de Bragg Densidad de estados electrónicos Revisión de la teoría 2 Revisión de Exposiciones 2 1 Quices 2 tareas Clasificació n de los sólidos en función de la ocupación de bandas El modelo unidimensio nal de Kronig Penny Teoría de electrones cuasilibres Hacer énfasis en la clasificación de los materiales Estudio de la aproximació n de este potencial Estudio de la teoría 2 Revisión de 2 Revisión de 2 tareas 2 tareas 2 tareas 11

12 Página 12 de 4 Aproximació n de enlace fuerte Estudio de la teoría del enlace fuerte 3 Revisión de 2 tareas UNIDAD No. 6 DINAMICA LOS ELECTRONES BLOCH COMPETENCIAS A : Capacidad para gestionar la información y resolver problemas. Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de los y teorías fundamentales más importantes de la física del estado sólido. ACOMPAÑAMIENTO AL L Modelo semiclásico. Ecuaciones de movimiento Masa efectiva del electrón en el cristal Concepto de hueco Conductivid ad eléctrica y térmica de los metales, dependenci a de la temperatura de ejemplos Exposición 2 Revisión de Exposición del tema 2 Búsquedas de materiales y sus tipos de enlace 4 1 Exposiciones 2 1 Exposiciones 4 1 Quices 12

13 Página 13 de 4 UNIDAD No. 7 7 ELECTRONES LIBRES EN METALES COMPETENCIAS A : Capacidad para gestionar la información y resolver problemas. Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de los y teorías fundamentales más importantes de la física del estado sólido. ACOMPAÑAMIENTO AL L Modelo de Drude: ductivida d Modelo de Somerfield Propiedade s del estado fundamental del gas de electrones libres El gas de electrones libres a temperatura finita Capacidad calorífica del gas de electrones libres Exposición Exposición Exposición del tema 1 Búsquedas de materiales y sus tipos de enlace 2 1 Exposiciones 2 1 Exposiciones 2 1 Quices Evaluación Final 13