Studiegids

nl en

Introduction to Solid State Physics

Vak
2021-2022

Toegangseisen

Statistical Physics 1, Quantum Mechanics 2 (in het bijzonder: Quantum Statistiek: Fermi-Dirac en Bose-Einstein statistiek, het vrije elektronengas)

Beschrijving

Deze cursus geeft een inleiding op de Vaste Stof Fysica: de natuurkunde van alle materie in vaste vorm. In deze cursus kan je leren de materiële wereld om je heen te begrijpen en is daarom (voorlopig) het meest relevante natuurkundecollege dat je kunt volgen. Eerste stappen worden gezet naar het inzicht dat je in een korreltje roest het universum kunt vinden!

Dit onderdeel van de fysica van gecondenseerde materie is zowel toegepast (bv. in elektronica) als fundamenteel. Hier komen de quantummechanica en statistische fysica samen.

De volgende onderwerpen komen aan de orde:

  • warmtecapaciteit van vaste stoffen

  • elektronen in metalen

  • structuur van materialen

  • geometrie van vaste stoffen (kristalroosters)

  • golven in kristallen (reciproke rooster)

Ten slotte wordt men in kwalitatieve zin op de hoogte gebracht van actuele (deels onbegrepen) onderwerpen binnen de Vaste Stof Fysica: (hoge-temperatuur) supergeleiding, metaal-isolator overgangen, quantum Hall effecten, topologische materie.

Leerdoelen

Aan het eind van de cursus kun je berekeningen en afleidingen uitvoeren m.b.t. een grote variëteit aan onderwerpen
aangaande de structuur en eigenschappen van vaste stoffen.
Verder kun je in eigen woorden vragen beantwoorden over deze onderwerpen.

In het bijzonder kun je bovenstaande vaardigheden toepassen op de volgende onderwerpen:

  • waarom en hoe een klassieke beschrijving van atomen en elektronen (Boltzmann, Drude theorie) vervangen moet worden door een quantummechanische (Einstein/Debije, Sommerfeld theorie)

  • waarom en hoe roostertrillingen (fononen) en elektronen bijdragen aan de warmtecapaciteit van materialen

  • (drie-dimensionale) kristallen in termen van roosters (eenheidscel) en reciproke roosters (Brillouin zones)

  • golven in roosters en hun verstrooiing daaraan

  • elektronen in periodieke potentiaal (Bloch theorema, bandenstructuur, metaal/isolator)

Algemene Vaardigheden

  • Je kunt redeneringen helder op papier zetten

  • je plant jouw tijd zodanig dat je studielast verdeeld is over de verschillende studieactiviteiten die bij dit vak nodig zijn: bestuderen van het tekstboek, voorbereiden en uitwerken van werkcolleges

Timetable

Rooster
Voor gedetailleerde informatie ga naar Timetable in Brightspace

Onderwijsvorm

Zie Brightspace

Toetsing en weging

Schriftelijk tentamen (gesloten boek) met open vragen. Door adequate deelname aan het werkcollege en het inleveren van uitgewerkte huiswerkopgaven kan een bonus van maximaal 1 punt bovenop het tentamencijfer worden verdiend.
N.B. Het tentamen is in het Engels.

Reading list

We gebruiken het boek: The Oxford Solid State Basics – Steven H. Simon (Oxford University Press, 1st edition, 2013; reprint 2016) (aanschaf verplicht), ISBN 978-0-19-968077-1 (Pbk.). Dit boek wordt ook gebruikt bij het derdejaars keuzevak The Electronic Structure of Solids

Brightspace

Registratie voor Brightspace verloopt via uSis d.m.v inschrijving voor een studieonderdeel (tentamen) met studieactiviteit

Contact

Contactgegevens Docent:Prof.dr.ir.T.H. Oosterkamp