Física del Estado Sólido
Código: 100175 Créditos ECTS: 6| Titulación | Tipo | Curso | Semestre |
|---|---|---|---|
| 2500097 Física | OT | 4 | 1 |
Contacto
- Nombre:
- Joan Costa Quintana
- Correo electrónico:
- joan.costa@uab.cat
Uso de idiomas
- Lengua vehicular mayoritaria:
- catalán (cat)
- Algún grupo íntegramente en inglés:
- No
- Algún grupo íntegramente en catalán:
- Sí
- Algún grupo íntegramente en español:
- No
Prerequisitos
Es muy recomendable tener conocimientos de Física cuántica.
Objetivos y contextualización
Esta asignatura trata del estudio de algunas propiedades fundamentales de los materiales sólidos.
Habitualmente se estudia la interacción de dos partículas o una partícula en un potencial externo. En el mundo real casi nunca son dos partículas, es mucho más complejo, hay muchas partículas (del orden del número de Avogadro). Pero la mayoría de las cosas que manipulamos son sólidos: herramientas mecánicas, motores, radio, TV, móvil, etc.
Aunque en principio, sería suficiente estudiar estas propiedades a partir de la función de onda solución del eq. de Schrödinger, debido al elevado número de partículas es imposible y es necesario realizar aproximaciones.
La Física del estado sólido es una materia muy extensa, imposible de tratar en una asignatura de 6 créditos, por tanto, sólo se estudiarán las propiedades más básicas de los sólidos cristalinos, y que son fundamentales para estudios posteriores o en muchas ramas de la investigación.
Primero es necesario saber que es un cristal y analizar sus simetrías.
Después se verán propiedades que se derivan de estas simetrías y que no requieren resolver la ecuación de Schrödinger.
Finalmente se resolverá la ecuación de Schrödinger para los electrones y los iones que hay en un cristal.
Estas soluciones son clave para explicar propiedades de los sólidos como: función dieléctrica, magnetismo, conductividad, transparencia, calor específico, etc.
Competencias
- Aplicar los principios fundamentales al estudio cualitativo y cuantitativo de las diferentes áreas particulares de la física.
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Conocer las bases de algunos temas avanzados, incluyendo desarrollos actuales en la frontera de la Física, sobre los que poder formarse posteriormente con mayor profundidad.
- Conocer y comprender los fundamentos de las principales áreas de la física.
- Desarrollar la capacidad de análisis y síntesis que permita adquirir conocimientos y habilidades en campos distintos al de la Física y aplicar a los mismos las competencias propias del Grado en Física, aportando propuestas innovadoras y competitivas.
- Formular y abordar problemas físicos identificando los principios más relevantes y usando aproximaciones, si fuera necesario, para llegar a una solución que debe ser presentada explicitando hipótesis y aproximaciones.
- Introducir cambios en los métodos y los procesos del ámbito de conocimiento para dar respuestas innovadoras a las necesidades y demandas de la sociedad.
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Trabajar en grupo, asumiendo responsabilidades compartidas e interaccionando profesional y constructivamente con otros con absoluto respeto a sus derechos.
Resultados de aprendizaje
- Aplicar las técnicas estudiadas a otras disciplinas como la cristalografía y la electrónica de dispositivos.
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Delimitar las aproximaciones útiles para estudiar la superconductividad.
- Describir la ecuación de Schrödinger de un cristal.
- Describir las aproximaciones necesarias para resolver la ecuación de Schrödinger de un sólido.
- Distinguir un cristal de un cuasicristal a partir de sus propiedades.
- Identificar situaciones que necesitan un cambio o mejora.
- Identificar y comprender las propiedades genéricas de un cristal.
- Predecir la dinámica de los electrones a partir de un modelo semiclásico.
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Resolver las ecuaciones que describen las vibraciones de los iones.
- Simplificar y resolver de manera aproximada las ecuaciones de un cristal.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Trabajar en grupo, asumiendo responsabilidades compartidas e interaccionando profesional y constructivamente con otros con absoluto respeto a sus derechos.
- Utilizar aproximaciones para el cálculo de la energía de los electrones.
Contenido
1. Simetrías y cristales.
2. Difracción por un cristal.
3. Hamiltoniano de un cristal.
4. Propiedades generales.
5. Modelos electrónicos.
6. Implicaciones experimentales de la estructura electrónica.
7. Vibraciones de la red: teoría clásica.
8. Vibraciones de la red: formulación cuántica.
Metodología
En las clases de teoría se explicarán las líneas básicas para que el alumno pueda trabajar el tema de una manera eficiente, sea individualmente o en grupo.
En las clases de problemas, fundamentalmente se resolverán las dificultades que se hayan encontrado los alumnos al resolver los ejercicios propuestos.
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Actividades
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Tipo: Dirigidas | |||
| Clases de problemas | 16 | 0,64 | 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 |
| Clases teóricas | 32,75 | 1,31 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 |
| Tipo: Supervisadas | |||
| encuesta de la asignatura | 0,25 | 0,01 | 7, 10 |
| Tipo: Autónomas | |||
| Trabajo individual o en grupo | 90 | 3,6 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 |
Evaluación
- 4 pruebas cortas escritas después de los capítulos 2, 4, 6 y 8. La máxima puntuación es de 1,1 por prueba.
- 4 resumenes parciales de l'assignatura después de los capítulos 2, 4, 6 y 8. La máxima puntuación es de 0,4 por resumen.
- Prueba final (puntuación máxima de 4) escrita, de todo el programa.
Se sumarán todas las puntuaciones, P.
Para aprobar la asignatura sólo hay que tener una puntuación (P) igual o superior a 5. No es necesario sacar una puntuación mínima en ninguna prueba.
b) Proceso de recuperación
Habrá un examen de recuperación escrito, de toda la asignatura, con un máximo de 10 puntos.
El estudiante puede presentarse a la recuperación siempre que se haya presentado a un conjunto de actividades que representen al menos dos terceras partes de la calificación total de la asignatura, y que tenga una puntuación de la evaluación continua, P, igual o superior a 2,5.
c) Calificaciones especiales
Quien durante el curso (no se incluye el examen de recuperación) sólo se presente a 2, o menos, pruebas escritas de evaluación continua, tendrá una calificación de "No evaluable".
Actividades de evaluación
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| 4 pruebas cortas | 1,1 puntos cada prueba | 2 | 0,08 | 1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15 |
| 4 resúmenes | 1,6 puntos | 4 | 0,16 | 1, 2, 7, 10, 13, 14 |
| Prueba final | 4 puntos | 2,5 | 0,1 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 |
| recuperación | 10 puntos | 2,5 | 0,1 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 |
Bibliografía
Básica
Libros de teoría
- N.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics. (Saunders Collegue, 1976) ISBN 0-03-083993-9 (Collegue Edition), 0-03-049346-3 (International Edition
- C. Kittel, Introducción a la Física del Estado Sólido. (Reverté, 3a. edición, 1998). ISBN 84-291-4317-3
- J. Maza, J. Mosqueira y J.A. Veira, Física del estado sólido, (Universidade de Santiago de Compostela, 2008; Manuais Universitarios, n. 8). ISBN 978-84-9750-906-0
- J.M. Ziman, Principios de la Teoría de Sólidos. (Selecciones Científicas, 1969)
Libros de problemas
- H.J. Goldsmid, Problemas de Física del Estado Sólido (Reverté, 1975). ISBN 84-291-4037-9
- L. Mihaly and M.C. Martin, Solid State Physics (Jonh Wiley & Sons, Inc.,1996). ISBN 0-471-15287-0
- J. Piqueras y J.M. Rojo, Problemas de Introducción a la Física del Estado Sólido (Alhambra, 1980). ISBN 84-205-0670-2
Avanzada
J. Callaway, Quantum Theory of the Solid State. (Academic Press, Inc. 2on edition, 1991). ISBN 0-12-155203-9
Software
No se utiliza ningun programa especial