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Física del Estado Sólido

Código: 100175 Créditos ECTS: 6
2025/2026
Titulación Tipo Curso
Física OT 4

Contacto

Nombre:
Francesc Xavier Alvarez Calafell
Correo electrónico:
xavier.alvarez@uab.cat

Equipo docente

Aitor Lopeandia Fernandez

Idiomas de los grupos

Puede consultar esta información al final del documento.


Prerrequisitos

Es muy recomendable tener conocimientos de Física Cuántica, Termodinámica.


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.

 


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

  1. Aplicar las técnicas estudiadas a otras disciplinas como la cristalografía y la electrónica de dispositivos.
  2. 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.
  3. Delimitar las aproximaciones útiles para estudiar la superconductividad.
  4. Describir la ecuación de Schrödinger de un cristal.
  5. Describir las aproximaciones necesarias para resolver la ecuación de Schrödinger de un sólido.
  6. Distinguir un cristal de un cuasicristal a partir de sus propiedades.
  7. Identificar situaciones que necesitan un cambio o mejora.
  8. Identificar y comprender las propiedades genéricas de un cristal.
  9. Predecir la dinámica de los electrones a partir de un modelo semiclásico.
  10. Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
  11. Resolver las ecuaciones que describen las vibraciones de los iones.
  12. Simplificar y resolver de manera aproximada las ecuaciones de un cristal.
  13. Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
  14. Trabajar en grupo, asumiendo responsabilidades compartidas e interaccionando profesional y constructivamente con otros con absoluto respeto a sus derechos.
  15. Utilizar aproximaciones para el cálculo de la energía de los electrones.

Contenido

Tema 1: Redes cristalinas

  • Estructura y clasificación de los cristales

  • Redes directas y celdas unitarias

  • Redes recíprocas y su relación con la red directa

Tema 2: Difracción

  • Principios de la difracción de ondas en redes cristalinas

  • Condiciones de Bragg y difracción de rayos X

  • Interpretación de patrones de difracción

Tema 3: Cohesión

  • Fuerzas que mantienen unidos a los átomos en un cristal

  • Cristales de gases nobles y cristales iónicos

  • Energía cohesiva y estabilidad de las estructuras cristalinas

Tema 4: Fonones. Teoría clásica

  • Vibraciones en cristales y modos normales

  • Fonones como cuantos de vibración cristalina

  • Teoría clásica del oscilador armónico

Tema 5: Fonones. Teoría cuántica y propiedades térmicas

  • Tratamiento cuántico de los fonones

  • Capacidad calorífica y conducción térmica en cristales

  • Distribución de Bose-Einstein y estadística de fonones

Tema 6: Electrones libres. Modelos de Drude y Sommerfeld

  • Modelo clásico de Drude para electrones en metales

  • Introducción a la teoría cuántica de Sommerfeld

  • Gas de electrones libres de Fermi y propiedades eléctricas

Tema 7: Electrones en potenciales periódicos. Funciones de Bloch y bandas de energía

  • Potencial periódico y soluciones de la ecuación de Schrödinger

  • Funciones de Bloch y conceptos básicos de la teoría de bandas

  • Origen de las bandas permitidas y prohibidas

Tema 8: Semiconductores

  • Estructura de bandas en semiconductores

  • Portadores de carga: electrones y huecos

  • Propiedades eléctricas y optoelectrónicas básicas

Tema 9: Superconductores

  • Características principales de los superconductores

  • Transición de fase superconductora

  • Modelos básicos de superconductividad (visión general)


 


Actividades formativas y Metodología

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 86 3,44 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15

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.


Evaluación

Actividades de evaluación continuada

Título Peso Horas ECTS Resultados de aprendizaje
Primer parcial 35% 2,5 0,1 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
Pruebas cortas Moodle 30% 10 0,4 1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15
Segundo parcial 35% 2,5 0,1 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 11, 12, 14, 15

Evaluación continua

  • Primer parcial sobre los contenidos estudiados hasta ese momento: 35% de la nota.

  • Entrega de prácticas y cuestionarios Moodle relacionados con la materia de la asignatura: 30% de la nota.

  • Segundo examen parcial, que abarcará todos los contenidos de la asignatura relacionados con los temas de la segunda mitad del curso: 35% de la nota.

Para poder hacer media y computar todas las actividades, es necesario que el estudiante obtenga una nota mínima de 3,0 en cada una de las partes evaluables.

Además, para superar la asignatura, la media ponderada de las tres actividades debe ser al menos de 5,0.

El examen de recuperación constará de dos partes, correspondientes a cada uno de los parciales realizados. El alumno solo tendrá que hacer aquella parte en la que haya obtenido menos de un 3,0. La entrega de prácticas y cuestionarios Moodle no es recuperable.

Aquellos alumnos que no hayan participado en ninguno de los parciales ni recuperaciones, ni en la entrega de prácticas y cuestionarios, obtendrán como calificación final un “No Evaluable”.

No habrá examen para subir nota para aquellos que ya hayan aprobado el curso.

Evaluación única

El alumnado que se haya acogido a la modalidad de evaluación única deberá realizar una prueba final que consistirá en:

  • Primer parcial sobre los contenidos estudiados hasta ese momento: 35% de la nota.

  • Segundo examen parcial, que abarcará todos los contenidos de la asignatura relacionados con los temas de la segunda mitad del curso: 35% de la nota.

  • Entrega prácticas y cuestionarios Moodle realizados durante el curso (30% de la nota).

Estas pruebas se llevarán a cabo el mismo día, hora y lugar que las pruebas del segundo parcial de la modalidad de evaluación continua.

Para poder hacer media, es necesario obtener al menos un 3,0 en cada una de las partes, y para superar la asignatura, la media ponderada de las tres actividades deberá ser como mínimo de 5,0 sobre 10.

Si la nota final no llega a 5, el estudiante tendrá otra oportunidad de superar la asignatura mediante el examen de recuperación, que se celebrará en la fecha fijada por la coordinación del título. En esta prueba se podrá recuperar el 70% de la nota correspondiente a las pruebas parciales. La parte correspondiente a las prácticas y cuestionarios no es recuperable.


Bibliografía

Básica

Libros de teoría

  1. 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
  2. C. Kittel, Introducción a la Física del Estado Sólido. (Reverté, 3a. edición,  1998). ISBN 84-291-4317-3
  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
  4. J.M. Ziman, Principios de la Teoría de Sólidos. (Selecciones Científicas, 1969)

 

Libros de problemas

  1. H.J. Goldsmid, Problemas de Física del Estado Sólido (Reverté, 1975). ISBN 84-291-4037-9
  2. L. Mihaly and M.C. Martin, Solid State Physics (Jonh Wiley & Sons, Inc.,1996). ISBN 0-471-15287-0
  3. 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


Grupos e idiomas de la asignatura

La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre de 2025. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura

Nombre Grupo Idioma Semestre Turno
(PAUL) Prácticas de aula 1 Catalán primer cuatrimestre manaña-mixto
(TE) Teoría 1 Catalán primer cuatrimestre manaña-mixto