FY548: Faststoffysik

Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til grundlæggende klassisk mekanik, termodynamik, elektromagnetisme, kvantemekanik og statistisk mekanik.
• Kunne anvende elementær matematik til at håndtere modelbeskrivelser baseret på fysiske love.

Kurset giver en indføring i faste stoffers fysik med vægt på krystallinske stoffer. Den studerende skal efter kurset være i stand til at forklare teoretiske modeller på et kvantemekanisk grundlag for faste stoffers egenskaber, samt anvende disse til at udregne mekaniske, termodynamiske, og elektriske egenskaber af faste stoffer. Kurset giver grundlag for at forstå den videnskabelige litteratur om nye materialer og foretage videregående studier i materialers fysik, biofysik samt nano-teknologi.

Kurset bygger oven på den viden, der er erhvervet i kurserne FT504 Elektromagnetisme og optik (10 ECTS), FY546 Videregående mekanik og relativitetsteori (10 ECTS), FY544 Kvantemekanik I (5 ECTS), FY547 Kvantemekanik II (5 ECTS) og FY550 Statistisk fysik (5 ECTS) og giver et fagligt grundlag for at skrive bachelorprojekt og speciale i faststoffysik senere i uddannelsen.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

• Give kompetence til at håndtere komplekse problemer og selvstændigt at kunne indgå i fagligt og tværfagligt samarbejde og identificere egne læringsbehov og strukturere egen læring.
• Give færdigheder i at anvende fysiske metoder og matematiske redskaber til at opstille og vurdere fysiske modeller.
• Give viden om og forståelse af kondenserede stoffers fysiske egenskaber

For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende demonstrerer evnen til at:

• genkende de almindeligste krystalstrukturer og beskrive deres symmetriegenskaber
• forklare de fysiske mekanismer bag bindingstyper i faste krystallinske stoffer
• anvende det reciprokke gitter til at beskrive diffraktion af bølger i krystallinske stoffer
• bestemmelse af krystallinske stoffers struktur ved røntgendiffraktion
• anvende modeller til at udregne energidispersionen for akustiske og optiske fononer
• redegøre for betydningen af fononsystemerne for varmekapacitet og varmeledning
• forklare hvordan Blochs theorem følger fra Schrødinger-ligningen for et periodisk potential
• foretage beregninger af energibåndstrukturer for simple systemer i weak potential og i Linear Combination of Atomic Orbitals approximationerne
• beskrive sammenhænge mellem krystalsymmetri og elektron-energibåndstrukturer
• forklare den effektive elektronmasse og anvende den til beskrivelse af elektrondynamik i halvledere
• beskrive effekten af dotering for halvlederstrukturers elektroniske egenskaber

Kurset indeholder følgende faglige hovedområder:

• Atomare bindingstyper
• Intermolekylære og kolloide kræfter
• Krystalstrukturer
• Reciprokke gitter.
• Brillouin-zoner
• Røntgendiffraktion
• Akustiske og optiske fononer. Dispersionsrelationer
• Varmekapacitet og varmeledning
• Elektron i periodisk potential.
• Blochs theorem
• Løsning af Schrödinger-ligningen i to approximationer:
  1. Ved Fourier-udvikling af krystalpotentialet
  2. Ved udvikling i atomare bølgefunktioner
• Elektronenergibåndstrukturer
• Elektrondynamik, effektiv elektron masse
• Halvlederes elektroniske egenskaber

På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

• Introfase (forelæsning) - Antal timer: 30
• træningsfase: Antal timer: 20, heraf 20 eksaminatorie timer

Introfasen består af forelæsninger over, samt diskussion med de studerende af, fagets emner. I træningsfasen arbejder de studerende med løsning af opgaver samt med projektopgaver der omhandler kursets vigtigste faglige elementer. Projektopgaverne fremlægges og diskuteres i slutningen af træningsfasen. I studiefasen skal de studerende arbejde videre med træningsfasens opgaver samt forberede spørgsmål til diskussion i træningsfasens timer.

Aktiviteter i studiefasen

• Selvstudium af lærebogen og noter
• Skriftlige opgaver
• Arbejde med ca 8 projekter der indebærer skriftlig besvarelse og forberedelse af en mundtlig fremlægning af de stillede emneområder
• Selvstændig opsamling på intro og træningsfasen
• Forberedelse til eksamen