FY548: Faststoffysik

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).

Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til grundlæggende klassisk mekanik, termodynamik, elektromagnetisme, kvantemekanik og statistisk fysik.
• 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.

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

Viden

• Genkende de almindeligste krystalstrukturer og beskrive deres symmetriegenskaber.
• Forklare de fysiske mekanismer bag bindingstyper i faste krystallinske stoffer.
• Genkende krystallinske stoffers struktur ved analyse af røntgendiffraktioneksperimenter.
• Forklare hvordan Blochs theorem følger fra Schrødinger-ligningen for et periodisk potential.
• Redegøre for betydningen af fononsystemerne for varmekapacitet og varmeledning.
• Beskrive effekten af dotering for halvlederstrukturers elektroniske egenskaber.

Færdigheder

• Anvende det reciprokke gitter til at beskrive diffraktion af bølger i krystallinske stoffer.
• Anvende modeller til at udregne dispersionsrelationen for akustiske og optiske fononer.
• Foretage beregninger af elektron-energibåndstrukturer for simple systemer indenfor Tight-binding/Linear Combination of Atomic Orbitals approksimationen.
• Forklare den effektive elektronmasse og anvende den til beskrivelse af elektrondynamik i halvledere.
• Beskrive sammenhænge mellem krystalsymmetri og elektron-energibåndstrukturer.

Kompetencer

• Identificere hvilke approksimationer for beregning af elektronstrukturen, der er relevante for forskellige materialetyper.

Kurset indeholder følgende faglige hovedområder:

• Krystalstrukturer.
• Det reciprokke gitter.
• Atomare bindingstyper.
• Brillouin-zoner.
• Røntgendiffraktion.
• Dispersionsrelationer.
• Akustiske og optiske fononer. 
• Varmekapacitet og varmeledning
• Elektroner i et periodisk potentiale og Blochs theorem.
• Løsning af Schrödinger-ligningen indenfor to approksimationer:
  1. Ved Fourier-udvikling af krystalpotentialet.
  2. Ved udvikling i lokale atomare bølgefunktioner.
• Elektronenergibåndstrukturer
• Elektrondynamik.
• Halvlederes elektroniske egenskaber og effektiv elektronmasse.

Skemalagte undervisningstimer:  
Antal undervisningstimer i alt: 50
Heraf:  
Fællestimer i klasselokale/auditorium 50

Undervisningen består af forelæsninger over, samt diskussion med de studerende af, fagets emner. I undervisningen arbejder de studerende også med løsning og fremlægning af opgaver samt projektopgaver. Projektopgaverne løses grupper og afsluttes med fremlæggelse og diskussion.
 
Andre planlagte undervisningsaktiviteter:  
De studerende skal arbejde selvstændigt med undervisningens opgaver og projekter samt forbereder spørgsmål til diskussion i undervisningens timer.
 
·      Selvstudium af lærebogen og noter.
·      Arbejde med opgavesæt der indebærer forberedelse af mundtlig fremlægning.
·      Arbejde med projekter der indebærer forberedelse af mundtlig fremlægning.
·      Selvstændig opsamling på undervisningen.
·      Forberedelse til eksamen.