CILJEVI PREDMETA Cilj kolegija Odabrana poglavlja fizike čvrstog stanja je upoznati studente s temeljnim poljima fizike kondenzirane materije. Studenti gradivo trebaju usvojiti kvalitativno, na razini razumijevanja pojmova i veza među eksperimentalno opaženim pojavama, ali i kvantitativno usvajanjem matematičkog formalizma koji se koristi za opis i rješavanje problema. Nadalje, svaki student treba izraditi i javno obraniti seminarski rad na zadanu temu unutar sadržaja kolegija.
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA KOJIMA PREDMET DOPRINOSI:
1. Znanje i razumijevanje
1.1. demonstrirati poznavanje i razumijevanje temeljnih zakona klasične i moderne fizike
1.2. demonstrirati poznavanje i razumijevanje važnijih fizikalnih teorija, što uključuje njihovu logičku i matematičku strukturu, eksperimentalne potvrde i opis povezanih fizikalnih pojava
2. Primjena znanja i razumijevanja
2.1. uočiti i opisati bitne aspekte fizikalnih problema
2.2. razmišljati analitički i konstruirati prikladne logičke argumente
2.3. matematički modelirati i rješavati standardne fizikalne probleme
3. Stvaranje prosudbi
3.1. kritički procjenjivati argumente, pretpostavke, koncepte, podatke i rezultate znanstvenih istraživanja
4. Komunikacijske sposobnosti
4.2. jasno i koncizno prezentirati složene ideje
4.3. prezentirati vlastite rezultate istraživanja na nastavnim ili znanstvenim skupovima
5. Sposobnost učenja
5.1. samostalno koristiti stručnu literaturu i ostale relevantne izvore informacija
5.2. samostalno pratiti razvoj novih spoznaja u fizici i nastavi fizike
OČEKIVANI ISHODI UČENJA NA RAZINI PREDMETA:
Po uspješnom završetku kolegija Odabrana poglavlja fizike čvrstog stanja, student će biti sposoban:
1. pokazati temeljito poznavanje osnovnih područja fizike kondenzirane materije navedenih u Sadržaju predmeta, eksperimentalnih fenomena i modela vezanih uz iste;
2. navesti osnovne teorijske modele u okviru fizike kondenzirane materije, opisati njihove postavke te izvesti predviđanja pojedinih modela (model difrakcije X-zraka na kristalu, model vibracija kristalne rešetke (fononi), modeliranje termodinamičkih svojstava kristalne rešetke, modeliranje interatomskih interakcija koje vode koheziji kristala, Sommerfeldov model metala - model slobodnog elektronskog plina i njegovih termodinamičkih svojstava, rješavanje Schrödingerove jednadžbe za elektron u periodičkom potencijalu i Blochov teorem u okviru računa smetnje, aproksimacija čvrste veze, Drudeov model električne vodljivosti, model magnetovodljivosti i Hallov efekt, model termalne vodljivosti kristala i Wiedemann-Franzov zakon, modeli dielektričnog odziva elektronskog plina, kristalne rešetke i atoma na vanjsko električno polje, model djelovanja masa u poluvodičima, modeli magnetizma u tvarima i to: Langevinov atomski dijamagnetizam i paramagnetizam, Weissova teorija feromagnetizma, Landauov dijamagnetizam i Paulijev paramagnetzam slobodnog elektronskog plina, feromagnetizam ineragirajućeg elektronskog plina, model elektron-elektron privlačenja izmjenom fonona i osnove BCS modela supravodljivosti);
3. primijeniti postavke gore navedenih teorijskih modela pri rješavanju povezanih numeričkih primjera;
4. dati pregled nad poljem kondenzirane materije u smislu kritičkog promišljanja usvojenih teorijskih modela i logičkog povezivanja uzročno povezanih pojava unutar različitih grana fizike kondenzirane materije
5. samostalno osmisliti i javno prezentirati seminarski rad na zadanu temu iz područja fizike kondenzirane materije vezanog uz Sadržaj predmeta
SADRŽAJ PREDMETA:
1.tjedan: Kristalna struktura (uvodna riječ o FČS, klase simetrija kristala, direktni i impulsni prostor, fenomenološki i matematički opis difrakcije X-zraka na kristalu (Laueova and Braggova jednadžba), defekti u kristalima)
2.-3.tjedan: Dinamika kristalne rešetke (pojam i modeliranje mehaničkih vibracija kristalne rešetke s jednim i dva atoma u primitivnoj ćeliji kristala - fononi (akustički i optički), termodinamička i toplinska svojstva kristalne rešetke (Planckova raspodjela, Debyeva aproksimacija, gustoća stanja, toplinski kapacitet rešetke, Dulong-Petitov zakon), toplinsko širenje kristala)
4.tjedan: Međuatomske interakcije u kristalima (međuatomske interakcije koje vode koheziji kristala, pojam kohezivne energije, kovalentna veza, ionska veza, van der Waalsova veza, vodikova veza, metalna veza)
5.tjedan: Sommerfeldov model metala (pojam slobodnog elektronskog plina te njegova termodinamička i toplinska svojstva (Fermi-Diracova raspodjela, Fermijeva energija, Sommerfeldov razvoj, toplinski kapacitet elektronskog plina u metalu), termoelektronska emisija)
6.-7.tjedan: Elektron u periodičkom potencijalu (Schrödingerova jednadžba elektrona u periodičkom potencijalu, Blochov teorem, račun smetnje za degenerirana energijska stanja - elektronske energijske vrpce, pojam efektivne mase, aproksimacija čvrste veze, gutoća stanja i van Hoveovi singulariteti)
8.-9.tjedan: Električni i toplinski transport (Drudeov model električne vodljivosti, pojam relaksacijskog vremena, Matthiessenovo i Nordheimovo pravilo, fononski doprinos električnom otporu, Jouleova toplina, vodljivost u vremenski oscilirajućem električnom polju, vodljivost u magnetskom polju (tenzor magnetovodljivosti i Hallov efekt), termalna vodljivost i Wiedemann-Franzov zakon)
10.-11.tjedan: Dielektrični odziv (pojam odzivne funkcije i susceptibilnosti napose s obzirom na vanjsko električno polje, Maxwellove jednadžbe u mediju, "jellium model" i odziv elektronskog plina u statičkoj (Thomas-Fermijeva aproksimacija) i dinamičkoj (elektronska plazma) granici, odziv ionskih kristala i infracrvena apsorpcija (Clausius-Mossotti relacija, Lyddane-Sacks-Teller relacija, polaritoni), atomska polarizabilnost u dielektricima, indeks loma svjetlosti, susceptibilnost interagirajućeg sustava)
12. tjedan: Poluvodiči (pojam intrinsičnog i dopiranog poluvodiča, zakon djelovanja masa, elektronska i šupljinska vodljivost)
13.-14.tjedan: Magnetska svojstva tvari (pojam i porijeklo magnetizma - Bohr-van Leeuwenov teorem, Langevinov atomski dijamagnetizam i paramagnetizam, spinski i orbitalni magnetski moment, Weissova teorija feromagnetizma, Landauov dijamagnetizam i Paulijev paramagnetzam slobodnog elektronskog plina, feromagnetizam ineragirajućeg elektronskog plina)
15.tjedan: Supravodljivost (pojam i fenomeni supravodljivosti (Meissnerov efekt, izotopni efekt, supravodiči tipa I i II), osnove teorije supravodljivosti: elektron-fonon vezanje, dielektrična funkcija elektronskog plina i ionske plazme, "overscreening" i elektron-elektron privlačenje - Cooperov par, BCS valna funkcija, jednadžbe koje vežu supravodljivi procijep, kritičnu temperaturu i konstantu elektron-fonon vezanja; Josephsonov efekt)
OBVEZE STUDENATA:
Pohađanje predavanja i vježbi, izrada i kolokviranje tjednih domaćih zadaća, izrada seminarskog rada: za stjecanje prava na potpis student treba nazočiti na bar 40% predavanja i vježbi, predati rješenja bar 40% tjednih domaćih zadaća, steći prolaznu ocjenu na odgovarajućim kolokvijima, uspješno javno izložiti i obraniti zadani seminarski rad.
OCJENJIVANJE I VREDNOVANJE RADA STUDENATA:
Studenti koji su nazočili na 85% predavanja/vježbi i koji su s uspjehom kolokvirali 85% zadataka iz domaćih zadaća te obranili seminarski rad, s tom ocjenom* pristupaju samo završnom usmenom ispitu. Oni koji nisu ispunili te uvjete, a imaju uvjete za potpis, pristupaju prije usmenoga i pismenom ispitu. Konačna ocjena formira se na temelju uspjeha iz kolokvija / pismenog ispita, seminarskog rada i ocjene iz usmenog dijela ispita.
|
Pristupačnost
