Faststoffysik IIb ( efterår 2008 - 5 ECTS )
Rammer for udbud
-
Uddannelsessprog:
engelsk (eller dansk)
-
Niveau:
Kandidatkursus
-
Semester/kvarter:
2. kvarter.
-
Timer per uge:
7
-
Deltagerbegrænsning:
-
Undervisningssted:
Århus
-
Hovedområde:
Det Naturvidenskabelige Fakultet
-
Udbud ID:
7807
Formål
Faststoffysik IIB er et kursus på mellemniveau i den forstand, at det forudsætter, at man har fulgt et indledende kursus, og således har kendskab til grundlæggende emner såsom krystalstrukturer, røntgendiffraktion, elektriske og termiske egenskaber, og gittersvingninger. I dette kursus vil der især blive lagt vægt på diskussion af elektrontilstande i faste stoffer i såvel direkte- som reciprok-rumsbeskrivelse. Desuden studeres optiske egenskaber, spektroskopi samt fænomener i halvledere med relation til teknologiske anvendelser.
Obligatorisk program
5 obligatoriske opgaver.
Indhold
-
Schrödingerligningen for mange elektroner: Hartree- og Hartree-Fock approksimationerne. Hartree-Fock-Slater, Slater-x-alfa, tæthedsfunktionalteori. Skærmning.
-
Elektrontilstande i krystaller: Tætbindingsmodeller i 1, 2 og 3 dimensioner. Realistiskebåndstrukturer for halvledere og metaller. Pseudopotentialer.
-
Elektrisk polarisation, halvledere, vekselvirkning mellem lys og materialer, inkl. fononer.
-
Optiske egenskaber: Responsteori, kausalitet, Kramers-Kronig relationer. Intra- og interbånd-overgange. Spektroskopi, absorption, fotoemission (XPS, UPS). Plasmoner og eksitoner.
-
Lavdimensionale strukturer: Overfladetilstande, kvantebrønde, kvanteprikker.
Læringsmål
Når kurset er afsluttet, forventes de studerende at kunne:
-
gøre rede for karakteristika ved elektronbåndstrukturer for metaller, isolatorer og halvledere.
-
gøre rede for simple båndstrukturmodeller: Tæt-bindingsapproksimationen og næsten-fri-elektronmodellen.
-
redegøre for de fundamentale principper for kvantemekaniske beregninger af elektrontilstande: Hartree-, Hartree-Fock-, Hartree-Fock-Slater-, samt tæthedsfunktionalteori.
-
beskrive skærmning i en elektrongas og udlede de grundlæggende ligninger i Thomas-Fermi approksimationen.
-
gøre rede for, hvordan bindinger i et fast stof beskrives ved bond orbital metoden, samt hvordan man anvender sp
3
hybrider i en elektronstrukturmodel for silicium.
-
definere de optiske spektrale funktioner, kompleks dielektricitetsfunktion, ledningsevne, samt anvendelsen af Kramers-Kronig relationerne.
-
beskrive hvordan de optiske spektre kan beregnes kvantemekanisk og gøre rede for de grundlæggende principper i nogle eksperimentelle metoder, optisk absorption og fotoelektronspektroskopi (fotoemission).
-
udlede Boltzmanns transportligning og anvende den til at finde udtryk for elektrisk ledningsevene.
-
beskrive polarisation i dielektrika, lokal-feltbegrebet, Clausius-Mosotti og Lyddane-Sachs-Teller relationerne samt kobling mellem lys og gittersvingninger (polaritoner).
-
anvende den gennemgåede teori og matematiske metoder til løsning af opgaver.
Faglige forudsætninger
Faststoffysik og Kvantemekanik.
Underviser
Niels Egede Christensen (Rum 619, tlf. 8942 3666, e-mail
nec@phys.au.dk
).
Undervisnings- og arbejdsform
2x2 forelæsninger 1x3 teoretiske øvelsestimer pr. uge.
Litteratur
N.W. Ashcroft and N.D. Mermin: Solid State Physics , Thomson Learning.
Kursushjemmeside
http://www.aula.au.dk/
Eksamensterminer
Eksamen: 2. kvarter
Reeksamen: Efter aftale med faglærer
Udbyder
Institut for Fysik og Astronomi
Tilmelding til undervisning
Tilmelding på Institut for Fysik og Astronomi
Bedømmelse
Mundtlig prøve, under hvilken man også diskuterer en eller flere af de obligatoriske opgaver. Forberedelse med alle sædvanlige hjælpemidler. Bedømmes efter 7-trinsskala. Intern censur.
