Guía docente de Física del Estado Sólido (2951151)

Se recomienda haber cursado Mecánica y Ondas, Electromagnetismo, Física Estadística, Física Cuántica

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Estructura cristalina de los sólidos.

Descripción de la interacción radiación-cristal.

Fonones.

Propiedades térmicas de los sólidos.

Estados electrónicos.

Estructura de bandas. Propiedades de transporte.

Fenómenos cooperativos. Superconductividad.

• Conocimiento de la estructura de los sólidos, con especial atención a sus simetrías de traslación y puntual. Visión espacial de estructuras periódicas
• Comprensión de las nociones básicas de scattering o dispersión de la radiación por un sólido ordenado. Técnicas de rayos X, electrones y neutrones
• Nociones de métodos de determinación de estructuras
• Comprensión de la fenomenología de las vibraciones de red como aspecto esencial de la Física de los sólidos
• De la Mecánica Clásica de las oscilaciones y ondas a las ondas en medios periódicos
• Un salto esencial: formulación cuántica y concepto de fonón
• La dispersión no es siempre elástica: determinación experimental del espectro de fonones
• Energía de las vibraciones de red: capacidad calorífica de los sólidos
• Los electrones como partículas de transporte de carga en los sólidos. Teoría clásica: modelo de Drude
• Comprensión de la importancia del principio de Pauli: modelo de Sommerfeld del gas de electrones libres
• La noción de banda como herramienta esencial en la descripción de la estructura electrónica
• Aplicaciones: conocimiento de los mecanismos básicos de conducción eléctrica y térmica, efecto Hall y fenómenos termoeléctricos
• Conocimientos básicos sobre el magnetismo en la materia

TEMA 0. Introducción

1. Objeto y definición de la Física del Estado Sólido. 2. Breve historia de su desarrollo. 3. Interés y necesidad de su estudio.

TEMA 1. Estructura cristalina de los sólidos

1. Simetría de traslación: red y estructura. 2. Base y celda. Celda primitiva. 3. Operaciones de simetría. Clasificación de las redes cristalinas. 4. Red recíproca. 5. Posiciones en el cristal. Índices de Miller. 6. Zonas de Brillouin. 7. Ejemplos de estructuras cristalinas. 8. La ecuación de Bragg.

TEMA 2. Fonones. Propiedades térmicas de los sólidos

1. Introducción. 2. Vibraciones de una red lineal monoatómica. Dispersión. 3. Vibraciones de una red tridimensional con base monoatómica. Modos normales. 4. Vibraciones de redes lineales diatómicas: ramas acústica y óptica. 5. Cuantificación y fonones. 6. Scattering inelástico de neutrones por fonones. 7. Scattering inelástico de radiación electromagnética. 8. Calor específico de la red: modelo de Born y von Karman.

TEMA 3. Estructura electrónica de los sólidos

1. Características experimentales y modelo de electrones libres. 2. Niveles de energía y densidad de estados. 3. Distribución de Fermi-Dirac. Energía de Fermi. 4. Limitaciones del modelo de electrones libres. 5. Electrones independientes: teorema de Bloch y bandas de energía. 6. Modelos de cálculo de bandas. 7. Ejemplos de estructura de bandas. Conductores, aislantes, semiconductores.

TEMA 4. Fenómenos de transporte en sólidos

1. Introducción. 2. Fenómenos de transporte en el gas de electrones libres. Modelo de Drude. 3. Dinámica del electrón en la red: modelo semiclásico. 4. Masa efectiva. Huecos.

TEMA 5. Superconductividad

1. Introducción. El fenómeno de la superconductividad. 2. Propiedades termodinámicas. 3. Ecuaciones de London. Longitud de penetración. 4. Modelo de Ginzburg-Landau. 5. Teoría microscópica: BCS. 6. Corrientes túnel y efectos Josephson. 7. Superconductividad a alta temperatura.

Prácticas de Laboratorio

PRÁCTICA 1. Difracción de rayos X

PRÁCTICA 2. Fonones en una red cristalina. Demostración de laboratorio usando analogías eléctricas

PRÁCTICA 3. Superconductividad

PRÁCTICA 4. Difracción de electrones

PRÁCTICA 5. Resonancia magnética nuclear

PRÁCTICA 6. Fotoconductividad

PRÁCTICA 7. Efecto Hall en semiconductores

PRÁCTICA 8. Efecto Hall en metales

PRÁCTICA 9. Determinación de la banda prohibida del germanio

PRÁCTICA 10. Efecto de la temperatura sobre la conductividad de los metales

PRÁCTICA 11. Conductividad eléctrica y térmica de metales

Textos avanzados:

*W.A. Harrison, Solid State Theory, Dover, N. York, 1979

*W. Jones, N.H. March, Theoretical Solid State Physics, Dover, N. York, 1973

*C. Kittel, Quantum Theory of Solids, Wiley, N. York, 1963

Textos de nivel intermedio:

*N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, Solid State Physics, HRW Int. Eds., Philadelphia, 1981

*J.S. Blakemore, Solid State Physics, W.B. Saunders, Philadelphia, 1974

*G. Burns, Solid State Physics, Academic Press, Boston, 1990

*A.J. Dekker, Solid State Physics, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1965

*R.P. Huebener, Conductors, Semiconductors, Superconductors. An Introduction to Solid State Physics. Springer, Cham, 2016

*H. Ibach, H. Lüth, Solid-State Physics. An Introduction to Principles of Materials Science, Springer, Dordrecht, 2009

*C. Kittel, Introducción a la Física del Estado Sólido, Reverté, Barcelona, 1993

* C. Kittel, P. McEuen, Introduction to solid state physics, John Wiley & Sons, Hoboken, 2005.

*H.M. Rosenberg, El estado sólido, Alianza Universidad, Madrid, 1991

*S.H. Simon, The Oxford Solid State Basics, Oxford University Press, Oxford, 2013

*H.J. Goldsmid, Problemas de física del estado sólido, Reverté, Barcelona, 1975

*F. Han, Problems in solid state physics with solutions, World Scientific, N. Jersey, 2012

* Meléndez Martínez, J.J., Problemas resueltos de física de los sólidos, Paraninfo, Madrid, 2017

*L. Mihály, M.C. Martin, Solid state physics: problems and solutions, Wiley, N. York, 1996

*J. Piqueras, J.M. Rojo, Problemas de introducción a la física del estado sólido, Alhambra, Madrid, 1980

• https://ocw.mit.edu/courses/8-231-physics-of-solids-i-fall-2006/download/
• https://ocw.mit.edu/courses/6-730-physics-for-solid-state-applications-spring-2003/
• http://www.physics.udel.edu/~bnikolic/teaching/phys624/lectures.html
• https://ocw.mit.edu/courses/8-512-theory-of-solids-ii-spring-2009/
• http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia

• MD01. Lección magistral/expositiva 

Evaluación continua. La evaluación se realizará a partir de los exámenes, en los que los estudiantes tendrán que demostrar las competencias adquiridas, y el trabajo de laboratorio. La superación global de la asignatura no se logrará sin un conocimiento uniforme y equilibrado de toda la materia.

La evaluación se realizará a partir de la calificación obtenida en las siguientes actividades:

1. Examen de teoría y problemas con los contenidos de la asignatura. Este examen contribuirá con un 70% a la nota final. Es requisito indispensable para superar la asignatura alcanzar una calificación mínima en esta actividad de 5 puntos sobre 10.
2. Informes de prácticas de laboratorio: Estos informes contribuirán con un 15% a la nota final. Es obligatoria la asistencia a todas las sesiones de laboratorio.
3. Prueba escrita de los Temas 1 y 2. Esta prueba contribuirá con un 15% a la nota final.

Evaluación por incidencias: Podrán solicitar evaluación por incidencias, los estudiantes que no puedan concurrir a las pruebas finales de evaluación (ordinaria, extraordinaria y única final) o a las programadas en la Guía Docente con fecha oficial, por alguna de las circunstancias recogidas en el artículo 9 de la Normativa de evaluación y de calificación de los estudiantes de la Universidad de Granada, siguiendo el procedimiento indicado en dicha normativa.

Se realizará a partir de la calificación obtenida en las siguientes actividades:

1. Examen de teoríay problemas. Este examen contribuirá con un 85% a la nota final. Es requisito indispensable para superar la asignatura alcanzar una calificación mínima en esta actividad de 5 puntos sobre 10.
2. Examen de prácticas de laboratorio: 15%. Alternativamente, podrá elegir que se le reconozca la calificación obtenida en los informes de prácticas realizada en la evaluación ordinaria.

De acuerdo con la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la UGR, se contempla la realización de una evaluación única final a la que podrán acogerse aquellos estudiantes que no puedan cumplir con el método de evaluación continua por algunos de los motivos recogidos en el Artículo 8. Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad, o más tarde si hay causa sobrevenida, lo solicitará a través de la sede electrónica, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

1. Examen de teoría y problemas. Este examen contribuirá con un 85% a la nota final. Es requisito indispensable para superar la asignatura alcanzar una calificación mínima en esta actividad de 5 puntos sobre 10.
2. Prácticas de laboratorio: Esta prueba contribuirá con un 15% a la nota final. Para la realización de esta prueba, deberá llevar a cabo uno de los experimentos del laboratorio de prácticas seleccionado al azar de entre todo el programa de prácticas. A continuación, deberá realizar una prueba sobre los aspectos que debe presentar el informe de esta práctica.

Alumnos con necesidades específicas de apoyo educativo (NEAE) Siguiendo las recomendaciones de la CRUE y del Secretariado de Inclusión y Diversidad de la UGR, los sistemas de adquisición y de evaluación de competencias recogidos en esta guía docente se aplicarán conforme al principio de diseño para todas las personas, facilitando el aprendizaje y la demostración de conocimientos de acuerdo a las necesidades y la diversidad funcional del alumnado. La metodología docente y la evaluación serán adaptadas al alumnado con NEAE, conforme al Artículo 11 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de estudiantes de la UGR, publicada en el Boletín Oficial de la UGR nº 112, de 9 de noviembre de 2016.

Inclusión y Diversidad de la UGR En el caso de estudiantes con discapacidad u otras NEAE, el sistema de tutoría deberá adaptarse a sus necesidades, de acuerdo a las recomendaciones de la Unidad de Inclusión de la UGR, procediendo los Departamentos y Centros a establecer las medidas adecuadas para que las tutorías se realicen en lugares accesibles. Asimismo, a petición del profesorado, se podrá solicitar apoyo a la unidad competente de la Universidad cuando se trate de adaptaciones metodológicas especiales.

Sobre las prácticas de laboratorio. El estudiante recibirá, al inicio del curso, información sobre las Normas de Seguridad y del correcto desarrollo de las prácticas. El documento estará disponible en la plataforma PRADO de la asignatura. Este documento es de obligada lectura y aplicación durante el desarrollo de las prácticas, el no cumplimiento del mismo por parte del estudiante exime de cualquier responsabilidad al profesor que imparte las prácticas y al departamento donde se desarrollen las mismas.

Información de interés para estudiantado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).