Βιβλιογραφία C. Kittel: Εισαγωγή στη ΦΣΚ (5 η εκδ. 8η) Ashcroft, Mermin: ΦΣΚ Ε.Ν. Οικονόμου, ΦΣΚ, Π.Ε.Κ. Κρήτης

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Βιβλιογραφία C. Kittel: Εισαγωγή στη ΦΣΚ (5 η εκδ. 8η) Ashcroft, Mermin: ΦΣΚ Ε.Ν. Οικονόμου, ΦΣΚ, Π.Ε.Κ. Κρήτης"

Ναθαναήλ Λαγός
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Διδάσκων Γ. Φλούδας Γραφείο: Φ3-209 (ώρες για ερωτήσεις: Τρίτη και Παρασκευή 11-13) Εργαστήριο: Φ3-208 Τηλ.: Ε-mail: Δικτυακός τόπος μαθήματος: Βιβλιογραφία C. Kittel: Εισαγωγή στη ΦΣΚ (5 η εκδ. 8η) Ashcroft, Mermin: ΦΣΚ Ε.Ν. Οικονόμου, ΦΣΚ, Π.Ε.Κ. Κρήτης 1

2 Πρόγραμμα μαθημάτων Οκτώβριος Νοέμβριος Δεκέμβριος Ιανουάριος 4/10: μάθημα #1 1/11: μάθημα #9 1/12: μάθημα #17 10/1:μάθημα #24 6/10: μάθημα #2 3/11: μάθημα #10 6/12: μάθημα #18 12/1: μάθημα #25 11/10: μάθημα #3 8/11: μάθημα #11 8/12: μάθημα #19 14/1: Β τεστ Σάββατο /10: μάθημα #4 10/11: μάθημα #12 13/12: μάθημα #20 18/10: μάθημα #5 12/11: μάθημα #13 15/12: μάθημα #21 αναπλήρωση Σάββατο /10: μάθημα #6 15/11: A τεστ 20/12: μάθημα #22 Τρίτη /10: μάθημα #7 22/11: μάθημα #14 22/12: μάθημα #23 27/10: μάθημα #8 24/11: μάθημα #15 29/11: μάθημα #16 2

3 Περιεχόμενο μαθήματος Εισαγωγή (η ΦΣΚ, η ΦΣΥ και..ο Ηράκλειτος) Κρυσταλλική δομή Πλέγμα, θεμελιώδη πλέγματα Bravais, απλές κρυσταλλικές δομές, μη κρυσταλλικές δομές (ύαλοι) Αντίστροφο πλέγμα Περίθλαση (ορισμοί Bragg, von Laue και η ισοδυναμία τους) Πλάτος σκεδαζόμενου κύματος, Ζώνες Brillouin Γεωμετρικός και ατομικός παράγοντας δομής Kατάταξη Στερεών - Είδη Κρυστάλλων Μηχανικές Ιδιότητες Κρύσταλλοι αδρανών αερίων- ιοντικοί ομοιοπολικοί μεταλλικοί κρύσταλλοι Τάση- παραμόρφωση, μέτρο ελαστικότητας και συμπιεστότητα Φωνόνια Ταλαντώσεις πλέγματος (Α' ΤΕΣΤ) Φωνόνια Θερμικές Ιδιότητες Θερμοχωρητικότητα πλέγματος (μοντέλα Einstein, Debye) Αναρμονικότητα, Θερμική αγωγιμότητα Μέταλλα: Αέριο ελευθέρων ηλεκτρονίων (μοντέλο Drude, Sommerfeld, κατανομή Fermi-Dirac, επιτυχίες και αποτυχίες του μοντέλου). Ηλεκτρική αγωγιμότητα μετάλλων, διηλεκτρική σταθερά, συχνότητα πλάσματος, κίνηση σε μαγνητικό πεδίο, θερμική αγωγιμότητα. Ηλεκτρονιακές στάθμες σε περιοδικό δυναμικό Θεώρημα Bloch, μοντέλο Kronig-Penney, Προέλευση χάσματος, ενεργειακές ζώνες, μέταλλα και μονωτές Ηλεκτρόνια σε ασθενές περιοδικό δυναμικό Ενεργειακές στάθμες κοντά σε επίπεδο Bragg, Επιφάνεια Fermi και ζώνες Brillouin, ενεργός μάζα (Β' ΤΕΣΤ) Κρύσταλλοι Ημιαγωγών (ΦΣΚ Ι - ΦΣΚ ΙΙ) Εξισώσεις κίνησης, συγκέντρωση και ευκινησία φορέων, αγωγιμότητα προσμίξεων, επαφές p-n (ηλιακές κυψελίδες και φωτοβολταϊκά) 3

4 Ιστοσελίδα μαθήματος (e-course) 4

5 5

6 Βαθμολόγηση μαθήματος: 1. Συμμετοχή και στα 2 ΤΕΣΤ με μ.ο. βαθμολογίας 5 και βαθμό τεστ 4 Παράδειγμα 1: Παράδειγμα 2: Βαθμός Α τεστ: 6 Βαθμός Β τεστ: 4 Τελική Βαθμολογία: 5 Βαθμός Α τεστ: 4 Βαθμός Β τεστ: 8 Τελική Βαθμολογία: 6 Παράδειγμα 3: Βαθμός Α τεστ: 10 Βαθμός Β τεστ: 10 Τελική Βαθμολογία: Συμμετοχή στην τελική εξέταση 3. Bonus επί του τελικού βαθμού των ΤΕΣΤ ή της τελικής εξέτασης (εφόσον 5) σε όσους/ες συμμετέχουν ενεργά στο μάθημα 6

7 Στόχοι μαθήματος (κατανόηση εννοιών όχι απομνημόνευση) 7

s ** Παλιός Ορισμός Φυσική Στερεάς Κατάστασης (κυρίως κρυσταλλικά στερεά: η>10 10 Pa.

8 Η ΦΣΚ η Φυσική της Συμπυκνωμένης Ύλης και ο Ηράκλειτος Πώς ορίζουμε τη ΣΚ; Λειτουργικός ορισμός : υλικά με ελαστική μηχανική συμπεριφορά (Ε'>Ε'' ); συνήθως ιξώδες* η>10 6 Pa.s ** Παλιός Ορισμός Φυσική Στερεάς Κατάστασης (κυρίως κρυσταλλικά στερεά: η>10 10 Pa.s) Νέος ορισμός Φυσική Συμπυκνωμένης ύλης κρυσταλλικά + άμορφα στερεά (ύαλοι, κολλοειδή..) * ιξώδες=αντίσταση σε ροή ** Εξίσωση Maxwell: η=gτ 8

9 Αέρια, Υγρά, στερεά και οι συσχετίσεις των μορίων Συνάρτηση συσχέτισης g(r) Ιδανικό αέριο Ακτινική απόσταση Υγρό Εύπλαστη (Μαλακή) ύλη Στους ΥΚ η συνάρτηση g(r) εξαρτάται από τη διεύθυνση Κρύσταλλος 9

10 Γιατί μελετάμε τη ΦΣΥ; Τεράστιο φάσμα εφαρμογών (>50% των φυσικών ασχολούνται ερευνητικά με τη ΦΣΥ) Μηχανικές, ηλεκτρικές, οπτικές, μαγνητικές ιδιότητες υλικών Τεχνολογία ημιαγωγών μικροηλεκτρονική Ιδιότητες επιφανειών Μικρο- και νανο-τεχνολογία Ανόργανα και οργανικά ηλεκτρονικά (ηλιακές κυψέλες και φωτοβολταϊκά) (OLED) Υπεραγωγιμότητα Βιο-υλικά, φαρμακευτική Ιατρική και βιο-ιατρική τεχνολογία 10

11 Μερικές εφαρμογές Ε&Μ Μετα-υλικά (meta-materials) αριστερόστροφα υλικά (ε<0, μ<0) Φωτονικοί κρύσταλλοι Φωτονικοί κρύσταλλοι με ατέλειες- στρέψη φωτονίων σε γωνίες με απόδοση 100% Φωνονικοί κρύσταλλοι Ηχητικός κυματοδηγός 11

12 α. Αλληλεπίδραση ήχου δομημένων υλικών β. Αλληλεπίδραση φωτός δομημένων υλικών 12

13 α. Αλληλεπίδραση ήχου υλικών Φωνονικοί Κρύσταλλοι Το «γλυπτό» του E. Sempere (Μαδρίτη, 1995) και τα πρώτα πειράματα απορρόφησης του ήχου. Η απόσταση μεταξύ των κυλίνδρων είναι 15 cm (u=330 m/s, f=2 KHz) Θεμελιώδης εξ. κυματικής f και ~ ( n a sin ) κυματοδηγοί από περιοδικούς ακρυλικούς κυλίνδρους+αέρα Ηχητικός κρύσταλλος Ηχητικός κυματοδηγός 13

14 β. Αλληλεπίδραση φωτός υλικών Φωτονικοί Κρύσταλλοι k Σκέδαση Επίπεδο κύμα E, H ~ e i(k x t ) k / c 2 14

15 Σχηματικά σε 2 διαστάσεις (r) (r R) a k E, H ~ e i(k x t ) k / c 2 Για τα περισσότερα λ, η δέσμη διαπερνά τον κρύσταλλο χωρίς σκέδαση ~ αλλά για μερικά λ (~ a), το φώς δεν διαπερνά: φωτονικό χάσμα 15

16 β. Φωτονικοί Κρύσταλλοι Φωτονικοί κρύσταλλοι με ατέλειες- στρέψη φωτονίων με απόδοση 100% 16

17 Υλικά: Νέες μορφές του άνθρακα Γραφένιο (2004*) (Nobel Φυσικής 2010) Διαμάντι Γραφίτης Φουλερένια Νανοσωλήνες Αποτελείται από άτομα C σε ένα γραφιτικό επίπεδο (δ.λδ. είναι το πιο λεπτό υλικό στη φύση) Υψηλό μέτρο ελαστικότητας (E=1.04 TPa) Μεγάλη ενδογενής ευκινησία ηλεκτρονίων απουσία σκέδασης (μ Graphene >>μ Si ) Ιδανικό για ηλεκτρονικές συσκευές του μέλλοντος (περιοχή συχνοτήτων THz!) 17 * Novoselov και Geim, Science (2004)

Σε ποια στερεά αναφερόμαστε στη ΦΣΥ Μοναδιαίοι κρύσταλλοι (single crystals) Πολυκρυσταλλικά στερεά Τάξη μεγάλης εμβέλειας και 3D περιοδικότητα από μετατόπιση Συλλογή ΜΚ γραφίτης 1.

18 Σε ποια στερεά αναφερόμαστε στη ΦΣΥ Μοναδιαίοι κρύσταλλοι (single crystals) Πολυκρυσταλλικά στερεά Τάξη μεγάλης εμβέλειας και 3D περιοδικότητα από μετατόπιση Συλλογή ΜΚ γραφίτης 1.2 mm διαμάντι Ημι-κρύσταλλοι (Quasicrystals) Τάξη μεγάλης εμβέλειας απουσία 3D περιοδικότητας από μετατόπιση και απαγορευμένη συμμετρία περιστροφής Άμορφα στερεά Απουσία περιοδικότητας μεγάλης εμβέλειας Al 72 Ni 20 Co 8 18

19 Ημι-κρύσταλλοι: ημι-περιοδικές δομές με χαρακτηριστικά κρυστάλλων (Quasi-crystals) D. Shechtman, Νόμπελ

20 και που θα μας χρησιμεύσουν όλα αυτά; οι καιροί είναι δύσκολοι αλλά υπάρχει ανάγκη (Ελλάδα, Ευρώπη) για νέους με γνώση, δεξιότητες, ικανότητα και ενθουσιασμό για την έρευνα.. 20

Σχετικά έγγραφα

Θερμοδυναμική-Εισαγωγή

Θερμοδυναμική-Εισαγωγή Ιστορική Αναδρομή Εμπεδοκλής: 4 στοιχεία (γη, νερό, αέρας, πυρ) Πλάτωνας: 5 στερεά 1700: Θερμικές μηχανές (horse power) 1824: Carnot (κύκλος Carnot) 1843: Joule 1849: William Thomson