Ó dr hab. Andrzej Budkowski

Instytut Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego

ul. Reymonta 4 30-059 Kraków

pokoj 325, tel. 632 48 88 wewn. 5550

ufbudkow@cyf-kr.edu.pl

Wyklad “Podstawy fizyki materii skondensowanej”

(linki do materialow [1-sza wesja !] w formacie *.pdf od tytulow grup zagadnien; oczekuje uwag i przepraszam za bledy)

I. Wprowadzenie do materii skondensowanej i jej terminologii

1. Przypomnienie podstawowej terminologii termodynamicznej (faza a stany skupienia, alotropia, diagram fazowy, regula faz Gibbsa)
2. Krysztaly (periodycznosc, siec przestrzenna i odwrotna, krysztal aperiodyczny)
3. Krysztaly z elektronami: a) magnetyzm; b) polaryzacja elektryczna; c) nadprzewodnictwo a nadcieklosc
4. Materia miekka [plyny zlozone]: krysztaly plastyczne, ciekle krysztaly termotropowe i liotropowe, uklady koloidalne, polimery
5. Zakres tematyczny materii skondensowanej i jej popularnosc w swietle nagród Nobla [45% za lata 1970-2000]
6. Wspolistnienie faz, przejscia fazowe, wykladniki krytyczne, fenomenologiczna teoria Landaua

II. Wiazania chemiczne w czasteczkach i ciele stalym

7. Klasyfikacja wiazan chemicznych: wiazania silne [walencyjne] i wiazania slabe
8. Teorie wiazania kowalencyjnego: a) teoria orbitali molekularnych [przyblizenie jedno-elektronowe]
9. Teorie wiazania kowalencyjnego: b) teoria wiazan walencyjnych [przyblizenie dwu-elektronowe]
10. Teorie wiazania kowalencyjnego: c) para elektronów wedlug modelu 1-dno i 2-elektronowego.
11. Hybrydyzacja orbitali atomowych a budowa struktur materii skondensowanej
12. Fullureny i nanorurki
13. Odmiany alotropowe wegla
14. Energia spójnosci

III. Struktura krysztalów

15. Historia idei periodycznosci krysztalów i podstawowe pojecia
16. Struktura a siec krystaliczna
17. Geometria sieci
18. Symetria sieci
19. Symetria struktury krystalicznej
20. Relacje miedzy symetriami: sieci/ struktury krystalicznej, sieci odwrotnej i morfologii krysztalu
21. Przyklady struktur krystalicznych
22. Krysztaly aperiodyczne
23. Obrazowanie wprost struktur krystalicznych: a) transmisyjny mikroskop elektronowy, b) mikroskopia probnika skanujacego (skanujacy mikroskop tunelujacy, mikroskop sil atomowych)

IV. Dyfrakcja na krysztale

24. Kinematyczna teoria dyfrakcji
25. Zwiazek miedzy czynnikiem strukturalnym a gestoscia centrow rozpraszania
26. Warunki dyfrakcji Lauego, Ewalda i Bragga
27. Badanie struktur krystalicznych za pomoca dyfrakcji promieni X: a) badanie monokrysztalow, b) badanie polikrysztalow
28. Badanie struktur krystalicznych za pomoca dyfrakcji elektronow
29. Badanie struktur krystalicznych za pomoca dyfrakcji neutronow

V. Dynamika atomow w sieci krystalicznej

30. Przyblizenia opisu drgan sieci
31. Drgania 1-wymiarowej sieci jednoatomowej [1 atom w komorce elementarnej]
32. Drgania 1-wymiarowej sieci dwuatomowej
33. Drgania krysztalu 3-wymiarowego
34. Energia drgan sieci 1-wymiarowej
35. Spektroskopia fononowa: a) niesprezyste (spojne i niespojne) rozpraszanie neutronow, b) absorpcja w podczerwieni, c) rozpraszanie ramanowskie

VI. Wlasnosci termiczne sieci krystalicznej

36. Klasyczny model ciepla wlasciwego
37. Kwantowe modele ciepla wlasciwego: a) model dynamiki sieciowej, b) model Einsteina, c) model Debyea
38. Interpetacja temperatury charakterystycznej Debyea (/ Einsteina)
39. Czynnik temperaturowy Debyea-Wallera
40. Zjawiska i efekty anharmoniczne w krysztalach: a) rozszerzalnosc cieplna, b) inne konsekwencje potencjalu anharmonicznego, c) przewodnictwo cieplne sieci [wplyw rozpadu fononow]
41. Kalorymetria: a) adiabatyczna, b) róznicowa kalorymetria skaningowa

VII. Gaz Fermiego elektronow swobodnych

42. Przyblizenie elektronow swobodnych
43. Wplyw temperatury na gestosc stanow obsadzonych
44. Gaz Fermiego w T=OK
45. Gaz Fermiego w T>OK
46. Ekranowanie elektrostatyczne w gazie Fermiego. Przejscie Motta metal-izolator
47. Zjawiska transportu gazu elektronow swobodnych: a) opis klasyczny Drudego, b) opis kwantowy wynik opisu kwantowego

VIII. Elektronowa struktura pasmowa krysztalow

48. Struktura elektronowa cial stalych
49. Konsekwencje periodycznosci krysztalu
50. Modele tlumaczace pochodzenie pasm i przerw energetycznych: a) model elektronow prawie swobodnych (jakościowo i ilościowo), b) model Kroniga – Penneya, c) model ciasnego wiazania
51. Poziomy energetyczne pierwiastkow a struktury pasmowe krysztalow
52. Spektroskopia fotoelektronowa

IX. Dynamika elektronów w krysztale

53. Ruch elektronów w pasmach, masa efektywna
54. Dziury
55. Dynamika elektronow w polu elektrycznym: oscylator Blocha
56. Dynamika elektronow w polu magnetycznym: rezonans cyklotronowy
57. (Klasyczny) efekt Halla
58. Kwantyzacja Landaua elektronów w polu magnetycznym
59. Oscylacje wlasnosci poziomow Landaua ze zmiana pola magnetycznego: a) efekt de Haasa – van Alphena, b) efekt Szubnikowa – de Haasa, c) calkowity kwantowy efekt Halla
60. Ulamkowy kwantowy efekt Halla (zarys)

X. Wlasnosci magnetyczne substancji

61. Podzial magnetykow na nie-uporzadkowane [magnetyzm indukowany, nie-trwaly] i uporzadkowane [magnetyzm spontaniczny, trwaly]. Podzial magnetyzmu na atomowy i pasmowy
62. Pochodzenie magnetyzmu atomowego
63. Magnetyzm indukowany od elektronow zlokalizowanych: a) diamagnetyzm Langevina, b) paramagnetyzm Langevina, c) paramagnetyzm van Vlecka
64. Magnetyzm indukowany od elektronow nie-zlokalizowanych: a) paramagnetyzm Pauliego, b) diamagnetyzm Landaua
65. Magnetyzm spontaniczny od elektronow zlokalizowanych: a) oddzialywanie wymiany, b) ferromagnetyk, c) ferrimagnetyk, d) antyferromagnetyk, e) pochodzenie struktur niekolinearnych
66. Magnetyzm spontaniczny od elektronow nie-zlokalizowanych: ferromagnetyzm pasmowy

XI. Nadprzewodnictwo

67. Historia nadprzewodnictwa, podstawowe pojecia
68. Teorie fenomenologiczne: a) teoria braci Londonów; b) termodynamika nadprzewodników; c) teoria Ginzburga-Landaua; d) nadprzewodniki I i II rodzaju w/g teorii G-L
69. Elementy teorii BCS
70. Zjawiska Josephsona
71. Kwantowanie strumienia magnetycznego, nadprzewodzacy interferometr kwantowy SQUID
72. Nadprzewodniki wysoko-temperaturowe