You are hereBFN
BFN
Předmět: Fyzika nanostruktur
Katedra/Zkratka: SLO/BFN
Rok: 2020
Garant: 'doc. Mgr. Jan Soubusta, Ph.D.'
Anotace: Podat stručný přehled základů fyziky pevných látek. Postupuje se od popisu geometrie uspořádání krystalů. Pravidelné uspořádání umožňuje popis pomocí energetických pásů a elementárních excitací jako jsou fonony, plazmony, excitony.
Přehled látky:
- Prostorové uspořádání v mezoskopických systémech. Nejčastější krystalové struktury (SC, FCC, BCC, HCP). Periodický potenciál, mřížka, báze, operace symetrie, elementární buňka, primitivní buňka, indexy krystalových rovin.
- Reciproká mřížka, Brillouinova zóna. Braggův zákon rozptylu, experimentální difrakční metody. Strukturní faktory. Fourierova analýza báze.
- Krystalová vazba, kohezní energie. Krystaly inertních plynů, Lennard-Jonesův potenciál, iontové krystaly, Pauliho vylučovací princip, výměnná interakce, kovové krystaly. Vodíková vazba.
- Fonony, kmity mřížky. Rovnovážné polohy jader, harmonický rozvoj ve výchylkách, silové konstanty. Grupová rychlost. Podélné/příčné, akustické/optické fonony. Tepelné vlastnosti pevných látek: Einsteinův model, Debyeův model měrných tepel, hustota modů.
- Kovy, Fermiho plyn volných elektronů. Fermiho-Dirakovo rozdělení, Fermiho energie, chemický potenciál. Hustota stavů elektronů v kovech. Tepelná vodivost, měrné teplo elektronového plynu. Elektrická vodivost, Ohmův zákon, Hallův koeficient, cyklotronová frekvence.
- Fermiho plochy v kovech. Pásová schémata. Sestrojení Fermiho plochy v přiblíženi téměř volných elektronů. Elektronové, děrové a otevřené orbitaly. Výpočty pásové struktury: metoda těsné vazby. Disperzní závislosti pro různé typy mřížek. Wignerova-Seitzova metoda.
- Energetické pásy. Model téměř volných elektronů. Vznik zakázaných pásů, Blochovy funkce, Ústřední rovnice. Model těsné vazby a další metody výpočtu elektronových struktur. Kvazihybnost elektronu. Kronigův-Penneyův model.
- Polovodiče různého typu. Zakázaný pás přímý/nepřímý, vlastní/příměsová vodivost. Pohybové rovnice elektronu v energetickém pásu, efektivní hmotnost, disperzní závislosti v 1.BZ. Díry, vlastnosti děr. Příměsi: donory, akceptory, tepelná ionizace. Termoelektrické jevy.
- Plazmony, kolektivní excitace. Dielektrická funkce, relativní permitivita. Odezva plazmatu v limitě dlouhých vln, definice plazmatu, plazmové frekvence. Disperzní zákon pro elektromagnetické vlny. Polariton.
- Optické procesy. Mezipásové elektronové přechody, sdružená hustota stavů. Excitony: Frenkelovy s malým poloměrem, Mottovy-Wannierovy slabě vázané.