The lecture should enable basic orientation in modern solid-state physics, in physical mechanisms determining
and influencing basic properties of solid materials. In particular, the lecture deals with crystal structure of solids,
with a response of a solid to an external interaction (mechanic, electric, magnetic), self-organization processes
leading to ferroic phases, elements of the electron theory of solids and thermal properties of solids. In the lecture,
phenomenological, thermodynamical, statistical and quantum-mechanical methods of description are used.
Last update: Mgr. Kateřina Mikšová (14.05.2019)
Tato přehledná přednáška navazuje na úvodní kurz fyziky a na předmět Fyzika IV. Umožní základní orientaci v
současných představách a pojmech fyziky tuhých látek, ve fyzikálních mechanismech určujících a ovlivňujících
nedůležitější vlastnosti těchto materiálů. Přednáška podrobně rozebírá krystalovou strukturu tuhých látek, odezvu
tuhé látky na vnější působení (mechanické, elektrické, magnetické), procesy samouspořádání v tuhé látce vedoucí
k feroickým fázím, základy elektronové toerie tuhých látek a tepelné vlastnosti tuhých látek. V přednášce se
využívají fenomenologické, termodynami
Course completion requirements -
Last update: doc. RNDr. Karel Carva, Ph.D. (12.05.2022)
To participate in the exam it is necessary to complete the credit.
The exam contains written and oral part; Written part rests on solving a simple problem (max. 30 min). Oral part is partially based on the problem solution (takes ~45min.). Total evaluation summarizes both written and oral part.
Exam requirements follow the subject syllabus as presented during lectures.
Last update: doc. RNDr. Karel Carva, Ph.D. (12.05.2022)
Nutnou podmínkou připuštění ke zkoušce je získání zápočtu. Zkouška se sestává z písemné a ústní části. Písemná část spočívá ve vyřešení velmi snadného problému, který nevyžaduje dlouhé počítání (max. 30 min). Ústní část navazuje na řešení zmíněného problému a trvá cca. 45 min. Známka zkoušky se stanoví ze souhrnného hodnocení písemné a ústní části. Požadavky zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl odpřednášen.
Literature -
Last update: prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (29.04.2019)
Neil W. Ashcroft, N. David Mermin, Solid State Physics, International Thomson Publishing 1976
Charles Kittel, Úvod do fyziky pevných látek, Akademia 1985
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
P. M. Chaikin, T. C. Lubensky, Principles of Condensed Matter Physics, Cambridge University Press 2000
P. Y. Yu, M. Cardona, Fundamentals of Semiconductors, Springer 1999
Last update: T_KFES (14.05.2012)
Neil W. Ashcroft, N. David Mermin, Solid State Physics, International Thomson Publishing 1976
Charles Kittel, Úvod do fyziky pevných látek, Akademia 1985
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
P. M. Chaikin, T. C. Lubensky, Principles of Condensed Matter Physics, Cambridge University Press 2000
P. Y. Yu, M. Cardona, Fundamentals of Semiconductors, Springer 1999
Requirements to the exam - Czech
Last update: prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (06.10.2017)
Požadavky zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl odpřednášen.
Syllabus -
Last update: Mgr. Kateřina Mikšová (11.05.2023)
1. Structure of condensed matter in three dimensions
Crystal structure, translational and point symmetry properties of crystal lattices. Reciprocal lattice, Brillouin zones. Reprezentation of periodic functions in reciprocal space. Structure analysis by x-ray scattering.
2. Electrons in metals
Classical electronic gas model, transport properties of electronic gas. Quantum electronic gas model, Fermi-Dirac statistics, Fermi energy, chemical potential, elektronic state density.
Electrons in periodic crystal field. Bloch theorem, band structure, Fermi surfaces (reduced or periodic scheme). Transport properties of bloch electrons, effective mass. Information on band structure calculations methods. Electronic conductivity and the effect of magnetic field on it.
3. Electrons in semiconductors
Intrinsic semiconductors and thermal electron excitations, hole concept, aceptor and donor levels, doped semiconductors homogenous/inhomogeneous, interface properties
4. Magnetic and electric properties
Response to external perturbation. Magnetic field in diamagnetic and paramagnetic materials. Relation between orbital and spin magnetic moment of atom with electronic configuration, determination of its ground state. Itinerant magnetism. Magnetic moment ordering in solids, microskopic mechanism of magnetic interactions. The effect of temperature on magnetic ordering.
Spontaneous ordering in general, Landau theory of phase transitions.
Elektric field in dielectrics, Clausius-Mossotti relation. Polarization mechanisms, optical properties of electronic systems.
5. Excitations in condensed matter
Quasiparticles in general. Quasiparticles in a crystal lattice. Phonons as elementary excitations, their quantum statistics. Thermal capacity of lattice. Density of phonon states.
Interaction of a ionic crystal with an external electromagnetic field. Excitations in magnetic systems.
Last update: Mgr. Kateřina Mikšová (11.05.2023)
1. Struktura kondenzovaných soustav ve 3D
Krystalová struktura. translační a bodová symetrie krystalových mřížek. Reciproká mřížka, Brillouinovy zóny. Reprezentace periodických funkcí v reciprokém prostoru. Studium struktury pomocí x-ray rozptylu.
2. Elektrony v kovu
Klasický model elektronového plynu, transportní vlastnosti elektronového plynu. Kvantový model elektronového plynu, Fermi-Diracova statistika, Fermiho energie, chemický potenciál, hustota elektronových stavů. Jedno-, dvou- a trojrozměrný elektronový plyn.
Elektrony v periodickém krystalovém poli. Blochův teorém, pásové spektrum, Fermiho plocha v redukovaném a periodickém znázornění. Transportní vlastnosti blochovských elektronů, efektivní hmotnost. Informace o metodách výpočtu pásové struktury. Elektrická vodivost a vliv magnetického pole na ni.
3. Elektrony v polovodičích
Intrinsické polovodiče a termální excitace elektronů, koncept děr, akceptorové a donorové hladiny, dopované polovodiče homogenní/nehomogenní, chování na rozhraní.
4. Magnetické a elektrické vlastnosti
Odezva látky na vnější působení. Magnetické pole v diamagnetických a paramagnetických látkách. Souvislost orbitálního a spinového magnetického momentu atomu s elektronovou konfigurací, nalezení jejího základního stavu. Itinerantní magnetismus. Uspořádání magnetických momentů v pevné látce, mikroskopické mechanismy magnetické interakce. Vliv teploty na magnetické uspořádání.
Obecný popis tendence k spontánnímu uspořádání, Landauova teorie fázových přechodů.
Elektrické pole v dielektrických látkách , relace Clausius-Mossotti. Polarizační mechanizmy, optické vlastnosti elektronového plynu a krystalových mřížek.
5. Excitace v kondenzovaném stavu
Kvazičástice obecně, Kvazičástice v krystalové mřížce. Normální kmitové módy mřížky, fonony. Kvantová statistika fononů, fonony jako elementární excitace. Tepelná kapacita krystalové mřížky. Hustota fononových stavů.
Interakce mřížky iontového krystalu s elektromagnetickou vlnou. Excitace v magnetickém systému.
