Course syllabus

Jump to today

Kurs-PM

TIF400 / FYP330 Fasta tillståndets fysik lp2 HT23 (6,0 hp)

Kursen ges av institutionen för Fysik

 

Schema

TimeEdit

 

Kontaktuppgifter

Examinator:

Eva Olsson, Institutionen för Fysik, eva.olsson@chalmers.se  

 

Föreläsare:

Föreläsningarna ges på plats. Information om föreläsningssalarna finns i TimeEdit.

Eva Olsson, Institutionen för Fysik, eva.olsson@chalmers.se

Mattias Thuvander, Institutionen för Fysik, mattias.thuvander@chalmers.se

Elsebeth Schröder, Institutionen för Mikroteknologi och nanovetenskap, elsebeth.schroder@chalmers.se

 

Räkneövningsledare:

Räkneövningarna ges på plats. Information om räkneövningssalarna finns i TimeEdit.

Esmée Berger, Institutionen för Fysik, esmee.berger@chalmers.se

Gustav Persson, Institutionen för Fysik, guspe@chalmers.se

Josef Rizell, Institutionen för Fysik, rizell@chalmers.se

 

Laborationshandledare:

F3, Strukturbestämning med röntgen

Marita Afiandika, Institutionen för Fysik, maritaaf@chalmers.se

Martina Olsson,  Institutionen för Fysik, martina.olsson@chalmers.se

Nils Rieger, Institutionen för Fysik, nils.rieger@chalmers.se

 

F5, Halvledare

Under laborationen kommer Ni att arbeta med ett dokument som Ni hittar på följande länk:

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1H8qYsZd9XXsijmSn5D6O9ZHrbaVnydJcGj-BSvplgGU/edit?usp=sharing

Tag med egen dator till laborationen.

Mahdi Shanei, Institutionen för Fysik, mahdi.shanei@chalmers.se

 

F9, Elektronmikroskopi

Carl Andersson, Institutionen för Fysik, carlake.andersson@chalmers.se

Jonatan Holmér, Institutionen för Fysik, holmerj@chalmers.se

Gustav Persson, Institutionen för Fysik, guspe@chalmers.se

Rebecka Rilemark, Institutionen för Fysik, rebecka.rilemark@chalmers.se

 

F12, Sveptunnelmikroskopi, Inlämningsuppgift

Pantea Dara, Institutionen för Fysik, pantea.dara@chalmers.se

Simon Niederkofler, Institutionen för Fysik, simon.niederkofler@chalmers.se

 

Kursnämndsrepresentanter:

Tf

Ellen Åkermo, ellenake@student.chalmers.se

 

Kf

John Bolin, johnboli@chalmers.se

Alice Gunnarsson, alicegun@chalmers.se

 

GU 

Emma Fried gusfrieem@student.gu.se

 

Inför mittkursmöte

Länk till mittkursenkäten:

https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfXYm27assGgJJf0tuc4mLgEMZU1qzLPHQKc-iJ9ywOiCcmow/viewform?usp=sf_link

Kurslitteratur

Title: Solid State Physics- An introduction

Author: Philip Hofmann

Edition: 2 eller 3

ISBN: 9783527412822

Boken är beställd till Cremona.

Ett dokument med läsanvisningar tillhandahålls i mappen med dokument.

Övningsuppgifter tillhandhålls i mappen med dokument.

Lab PM tillhandhålls i mappen med dokument.

 

Fördjupningslitteratur:

Introduction to Solid State Physics, C. Kittel, (8th edition, John Wiley and Sons, 2005). Läsanvisningar tillhandhålls i mappen med dokument.

 

Kursens syfte

Fasta tillståndets fysik är en central del av modern fysik och kursen intar en given plats i tekniskfysik-utbildningen. Inom fasta tillståndets fysik bedrivs en omfattande forskningsverksamhet vid Chalmers och många kurser erbjuds inom området. Denna kurs är generellt förkunskapsgrundande för de mer avancerade kurserna.

 

Kursens upplägg

Kursen ger en översikt av fasta ämnens struktur, deras fysikaliska egenskaper, de experimentella metoder som utnyttjas för att kartlägga dessa samt hur egenskaperna förklaras utgående från teoretiska modeller på en mikroskopisk nivå. 

Inledningsvis beskrivs hur atomer är ordnade i rummet i kristallina ämnen och hur ordningen kan bestämmas via diffraktion av infallande strålning (röntgenljus, elektroner, neutroner) eller via direkt avbildande metoder.  Vid beskrivningen av diffraktion introduceras det reciproka gittret, som är ett väsentligt begrepp för förståelsen av de flesta av kristallina ämnens egenskaper. 
 
I följande avsnitt behandlas vibrationsvågor och termiska egenskaper som härrör från dessa. 
 
Kursen fortsätter med att behandla elektroniska egenskaper utgående först från frielektronmodellen  och därefter utgående från en beskrivning av en elektron i en periodisk potential, varvid bandstruktur och energigap introduceras. En viktig tillämpning är på intrinsiska och dopade halvledare.
 
Kursen omfattar följande områden som tränas upp:
 
- Matematiskt beskriva och definiera en enhetscell, en primitiv cell och Wigner-Seitz cellen i olika kristallstrukturer samt definiera kristallplan och deras Miller index.
 
- Bestämma och beräkna gitterparametrar hos kristallstrukturer, samt beskriva hur de kan bestämmas, genom diffraktion.
 
- Redogöra för den principiella skillnaden mellan röntgen-, neutron-, och elektron-diffraktion.
 
- Beräkna det reciproka gittret till en kristall och beräkna strukturfaktorn for olika typer av strukturer samt beskriva Brillouinzoner.
 
- Beräkna vibrationsmoder i kristaller i den enkla fjäder-boll-modellen, se att dessa är kvantiserade (fononer) och hur de bidrar till värmekapacitet. Kunna förklara skillnaden mellan akustiska och optiska gittervibrationer.
 
- Beskriva och räkna på grundläggande aspekter hos den fria elektrongasen som ges av Fermi-Dirac-fördelningen med periodiska randvillkor, däribland redogöra för begreppen Fermisfär, Fermiyta, Fermivågtal, Fermienergi, Fermitemperatur.
 
- Beskriva effekten av elektromagnetiska fält genom Drude-modellen för den komplexa konduktiviteten. Hur denna är relaterad till DC-konduktivitet, reflektivitet, brytningsindex, samt plasmaoscillationer. 
 
- Härleda bandstrukturen från elektrongasmodellen i en svag periodisk potential, och med hjälp av modellen för tight-binding för enkla gitter; utifrån bandstrukturen sedan beskriva den grundläggande skillnaden mellan metaller och halvledare/isolatorer.
 
- Redogöra för den grundläggande beskrivningen av intrinsiska och dopade halvledare, med lednings- och valensband, elektroner och hål, samt deras effektiva massor och den kemiska potentialen.
 
Redogöra för Halleffekten och hur denna är relaterad till typen av laddningsbärare.

Kursen omfattar föreläsningar, räkneövningar, 4 obligatoriska laborationer, dugga och skriftlig tenta. Kursen avslutas med den skriftliga tentamen som består av numeriska problem samt beskrivande uppgifter. I kursen ingår en frivillig dugga som ger bonuspoäng till tentamen. Kursen tillhandahåller Open TA-uppgifter, ett övningshäfte, tidigare duggor och tidigare tentor. Prioritetsordningen för uppgifter som räknas av studenterna på egen hand är OpenTA, tidigare duggor, tidigare tentor och övningsuppgifter som inte har gåtts igenom på räkneövningar.

 

Lärandemål

Målet är att ge förmåga att:

- Matematiskt beskriva olika kristallstrukturer och deras enhetsceller, bestämma deras reciproka gitter och andra relevanta parametrar, samt förstå hur dessa kan bestämmas experimentellt.
 
- Beräkna vibrationsmoder i kristaller i den enkla fjäder-boll-modellen, deras kvantisering, och hur de bidrar till värmekapacitet. Kunna förklara skillnaden mellan akustiska och optiska gittervibrationer.
 
- Beräkna grundläggande aspekter hos den fria elektrongasen och i en svag periodisk potential, samt beskriva kristallernas bandstruktur, villkor för halvledare och relaterade aspekter, så som elektroner/hål och deras effektiva massor.
 
- Ge en kort översikt över olika experimentella metoder för materialkaraktärisering, vilka studenterna blir bekanta med genom kursens laborationer.

 

Examination

Kursen omfattar föreläsningar, räkneövningar, fyra laborationer, Open TA-uppgifter, en dugga och en skriftlig tentamen. Föreläsningarna belyser de viktigaste aspekterna av fasta tillståndets fysik och omfattar exempel på hur kunskapen tillämpas i olika sammanhang. Räkneövningarna ger ytterligare exempel. De fyra laborationerna ger praktisk erfarenhet av analysmetoder för bestämning av materialstruktur och egenskaper. Open TA-uppgifterna stöttar arbetet med en kontinuerlig inlärning under kursen och duggan ger en avstämning ungefär halvvägs genom kursen. Uppgifterna på duggan är representativa för uppgifterna rörande den första hälften av kursen på den skriftliga tentamen.

Laborationerna och den skriftliga tentamen är obligatoriska moment i kursen. Slutbetyget bestäms av totalpoäng (summan poäng på tentamen och bonuspoäng från Open TA-uppgifterna och duggan).

Tentamen ger maximalt 100 poäng. En totalsumma av 50 poäng upp till 70 ger godkänt (dvs betyg 3), 70 och upp till 85 poäng ger betyg 4 och 85 poäng och mer ger betyg 5.

Kursen har 6 Open TA-uppgifter som ger 1 bonuspoäng per uppgift. Open TA-uppgifterna kan maximalt ge 6 bonuspoäng på tentamen.

Duggan äger rum den 21 november, kl. 10:00-12:00, i SB multisal Duggan ger maximalt 50 poäng. Bonus på skriftlig tentamen från duggan är 40 % av poängen på duggan, dvs maximalt 20 poäng. Anmälan till Duggan sker i Canvas under fliken People och i gruppen Dugga. Deadline för anmälan är 3 november, 2023. Tillåtna hjälpmedel på duggan är Beta, Physics Handbook, penna, sudd, passare, linjal, Chalmersgodkänd räknare i fickformat utan inprogrammerad text/ekvationer relevant för duggan och ett egenproducerat handskrivet A4 (dubbelsidigt) med valfritt innehåll.

De som skall ha förlängd tid på dugga och tentamina skall anmäla detta snarast och inte senare än två veckor innan dugga- och tentamenstillfälle via e-mail till Eva Olsson, eva.olsson@chalmers.se (samt i vanlig ordning till tentaadministrationen)

Ordinarie tentamen äger rum den 12 januari, 2024, med start 08:30.  Omtentamen sker den 3 april, 2024, med start 08:30 och 24 augusti, 2024,  med start 14:00. Tentan är fyra timmar lång. Vid eventuella ändringar i tentamens och omtentamens tider eller dagar gäller de tider och dagar som står i kursplanen i Studieportalen. Tillåtna hjälpmedel på tentamen är Beta, Physics Handbook, penna, sudd, passare, linjal, Chalmersgodkänd räknare i fickformat utan inprogrammerad text/ekvationer relevant för duggan och ett egenproducerat handskrivet A4 (dubbelsidigt) med valfritt innehåll. 

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan för TIF400. För FYP330 är kursplanen online inte uppdaterad än, titta i stället i kursplanen för TIF400 för de gemensamma delarna, till detta kommer ett projekt.

Course summary:

Date Details Due