Solid State Physics - NFPL181

• Title: Fyzika pevných látek
• Guaranteed by: Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2007 to 2016
• Semester: summer
• E-Credits: 4
• Hours per week, examination: summer s.:2/1, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: prof. RNDr. Václav Holý, CSc.; doc. RNDr. Karel Carva, Ph.D.
• Interchangeability : NFPL063

Annotation

English

Last update: T_KFES (12.05.2006)

Structure of solids. Vibrations of crystalline lattice and its thermal properties. Electron theory of crystalline solids. Methods of calculation of band electron structure of solids.. Electrical, magnetic and optical properties of solids. Transport phenomena.

Czech

Last update: T_KFES (23.05.2007)

Přednáška poskytne nezbytné informace o pojmech, jevech a základních teoretických modelech ve fyzice pevných látek, rozsah a hloubka přednášky je dostačující pro studenty mající zájem převážně o experimentální práci. Spolu se cvičením k této přednášce student získá ucelený obraz o fyzice pevných látek, který umožní interpretovat experimentální data. V přednášce je kladen důraz na klasické partie fyziky pevných látek - struktura krystalických pevných látek, základní elektronové vlastnosti pevných látek (model ideálního elektronového plynu, elektrony v periodickém krystalovém poli) a kmitech k

Literature

Last update: T_KFES (16.05.2006)

Ch. Kittel: Introduction to solid state physics, John Wiley and Sons, Inc., New York 1978 (Praha, Academia 1985).

A.I. Anselm: Vvedenie v teoriu poluprovodnikov, Moskva, GIML 1962 ( Academia, Praha 1967), 2. vyd. Moskva, Nauka 1978.

J. Celý: Kvazičástice v pevných látkách, SNTL, Praha 1977, VUTIUM, Brno 2004

Ľ. Hrivnák, V. Bezák, J. Foltýn, M. Ožvold : Teória tuhých látok, Veda, Bratislava 1978,1985.

W.A. Harrison : Solid State Theory, McGraw Hill, New York 1970.

N.W. Ashcroft, N.D. Mermin : Solid State Physics, Holt, Rinehart and Winston, New York 1976.

Syllabus

English

Last update: T_KFES (12.05.2006)

1. Fundamental questions in the theory of solids.

Phenomenological and microscopic approaches. Types of binding forces and structure of solids. Description of symmetry of crystalline solids. Adiabatic approximation in the study of motion of electrons and nuclei.

2. Vibrations of crystal lattice and its thermal properties.

Harmonic approximation and normal vibrations of crystalline solids. Acoustic and optical branches of vibrations of ions in crystals, vibration spectrum of real crystals. Phonons as quasiparticles in the systém of collectively vibrating ions in crystals. Specific heat of solids.

3. Electron theory of ideal crystalline solids.

The Hartree - Fock approximation of self - consistent field. Bloch theory of motion of electrons in a periodic electric field in the crystal. Properties of wave functions and of energy spectrum, quasimomentum of itinerant electrons, the approximation of effective mass. Positive holes in an almost completely filled electron bands.

4. Methods of calculation of band electron structure of solids.

The approximation of nearly free electrons, the method of tightly bound electrons, the augmented plane wave and orthogonalized plane wave methods, the pseudopotential method. Band structure of various types of solids.Fermi surfaces of energy of itinerant electrons in metals. Properties of electrons in valence and conduction bands in semiconductors.

5. Electron theory of real solids.

Wannier theory of motion of electron in perturbed periodic electric field. Localized states of itinerant electrons in crystals with imperfections. States of electrons near of surface of solids and in thin films. Donor and acceptor energy levels of impurities in semiconductors. Excitons. States of electrons in disordered solids.

6. Electric, magnetic and optical properties of solids.

Properties of ensemble of itinerant electrons in statistical equilibrium. Dynamics of itinerant electrons in external electric and magnetic fields. Paramagnetism and diamagnetism of itinerant electrons. Interband and intraband optical transitions.

7. Transport phenomena in solids.

Boltzmann kinetic equation. Scattering of itinerant electrons by phonons and impurities. Relaxation time of conduction electrons in metals and semiconductors. Galvanomagnetic, thermoelectric and photoelectric phenomena.

 

Czech

Last update: T_KFES (23.05.2007)

1. Struktura krystalických pevných látek

Druhy chemických vazeb. Geometrický popis trojrozměrných a dvourozměrných krystalových mřížek, translační a bodová symetrie krystalových mřížek. Reciproká mřížka, Brillouinovy zóny. Reprezentace periodických funkcí v reciprokém prostoru.

2. Kmity krystalových mřížek

Normální kmitové módy mřížky, fonony. Kvantová statistika fononů, fonony jako elementární excitace. Tepelná kapacita krystalové mřížky. Hustota fononových stavů.

3. Ideální elektronový plyn

Klasický model elektronového plynu, transportní vlastnosti elektronového plynu. Kvantový model elektronového plynu, Fermi-Diracova statistika, Fermiho energie, chemický potenciál, hustota elektronových stavů.

4. Elektronový plyn v pevné látce

Elektrony v periodickém krystalovém poli. Jedno-, dvou- a trojrozměrný elektronový plyn. Blochův teorém, pásové spektrum, Fermiho plocha v redukovaném a periodickém znázornění. Transportní vlastnosti blochovských elektronů, efektivní hmotnost. Informace o metodách výpočtu pásové struktury.

5. Odezva pevné látky na vnější elektromagnetickou vlnu

Polarizační mechanizmy, optické vlastnosti elektronového plynu a krystalových mřížek. Uspořádání magnetických momentů v pevné látce.

Literatura:

Ch. Kittel: Introduction to solid state physics (různá vydání, existuje český překlad)

J. R. Hook, H. E. Hall, Solid state physics, J. Wiley 2000

H. Ibach, H. Lueth, Solid state physics, Springer 2003

R. E. Hummel, Electronic properties of materials, Springer 1992