Faststoffysik IIb (Q2) ( efterår 2010 - 5 ECTS )
Rammer for udbud
-
Uddannelsessprog:
engelsk (eller dansk)
-
Niveau:
Kandidatkursus
-
Semester/kvarter:
2. kvarter.
-
Timer per uge:
7
-
Deltagerbegrænsning:
Ingen
-
Undervisningssted:
Århus
-
Hovedområde:
Det Naturvidenskabelige Fakultet
-
Udbud ID:
19102
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.
-
Hall-effekt, kvante-Hall-effekt.
-
Elektrontilstande i krystaller: Tætbindingsmodeller i 1, 2 og 3 dimensioner. Realistiske båndstrukturer for halvledere og metaller.
-
Transportteori.
-
Elektrisk polarisation, halvledere, vekselvirkning mellem lys og materialer, inkl. fononer.
-
Rene og doterede halvledere.
-
Optiske egenskaber: Responsteori, kausalitet, Kramers-Kronig relationer. Intra- og interbåndovergange. Spektroskopi, absorption, fotoemission (XPS, UPS). Plasmoner og eksitoner.
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 Boltzmann's transportligning og anvende den til at finde udtryk for elektrisk ledningsevene.
-
beskrive ladningsbærertætheden i rene og doterede halvledere, samt opsætte en simpel model for en p-n overgang
-
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.phys.au.dk/~nec/faststofIIb/
Eksamensterminer
Eksamen: 2. kvarter
Reeksamen: Efter aftale med faglærer
Udbyder
Institut for Fysik og Astronomi
Tilmelding til undervisning
Tilmelding på Selvbetjeningen
https://mit.au.dk/
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.
