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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE

FISICA DEL ESTADO SOLIDO

Profesores:

 

 

Dr. José Mejía López

 

 



INDICE:

1. Descripción del Curso

2. Contenidos

3. Evaluación

4. Textos de Referencia


Descripción del Curso:

 

 

La extensión a un nivel microscópico de nuestro entendimiento de las propiedades de los sólidos es uno de los logros importantes de la Física y esto ha dado un gran impulso a los avances de la tecnología actual. Por esta razón el estudio de la Física del Sólido es ahora un ingrediente esencial  de los cursos de licenciatura en Física, Ciencia de los Materiales, Metalurgia, Ingeniería Eléctrica, Química, y otras asignaturas relacionadas.

 El propósito de este curso es discutir los conceptos básicos y a los métodos en la física del estado sólido. El curso da una introducción a las estructuras cristalinas, a las redes recíprocas y difracción, a los aspectos clásicos de la teoría del electrón libre de metales, a las vibraciones de la red y sus características térmicas, al gas De electrones libres, a la teoría de bandas, a la dinámica del electrón de Bloch, a la física de los semiconductores y a la física del magnetismo en los sólidos.

 


Contenidos:

Introducción. Importancia de la física del Sólido.

Estructura cristalina y difracción. Redes cristalinas. Celda unidad y primitiva. Redes de Bravais. Base cristalina. Direcciones y planos cristalográficos. Indices de Miller. Estructuras cristalinas más relevantes. Red recíproca: propiedades. Redes recíprocas más importantes. Zonas de Brillouin. Difracción de rayos X. Formulación de Bragg. Formulación de Laue. Construcción de Ewald. Factor atómico de forma. Factor de estructura. Métodos experimentales de difracción.

Dinámica de redes. Vibraciones reticulares en cristales unidimensionales. Cadena monoatómica. Modos normales. Densidad de estados en el sólido unidimensional. Cadena lineal biatómica. Vibraciones de red en un cristal tridimensional. Densidad de estados. Energía de vibración de un cristal y su cuantificación: fonones. Difusión de neutrones.

Propiedades térmicas de los sólidos. Capacidad calorífica de la red: modelo clásico. Modelo de Einstein. Modelo de Debye. Consideraciones sobre el modelo de Debye. Sobre la contribución de los electrones al calor específico del cristal. La conductividad térmica de los aislantes: modelo clásico; modelo fonónico.

Electrones libres en metales. Modelo de Drude: conductividad. Modelo de Sommerfeld. Propiedades del estado fundamental del gas de electrones libres. El gas de electrones libres a temperatura finita. Capacidad calorífica del gas de electrones libres.

El potencial periódico de la red Teoría de bandas. Ecuación de Schrödinger para el sólido, aproximaciones. El potencial periódico del cristal: teorema de Bloch. Consecuencias del teorema de Bloch. Bandas de energía: representaciones gráficas; relación con la condición de Bragg. Superficie de Fermi. Densidad de estados electrónicos. Clasificación de los sólidos en función de la ocupación de las bandas. El modelo unidimensional de Kronig-Penney. La teoría de los electrones cuasilibres. La aproximación del enlace fuerte.

Dinámica de los electrones de Bloch Modelo semiclásico. Las ecuaciones de movimiento. Masa efectiva del electrón en el cristal. Concepto de hueco. La conductividad eléctrica y térmica de los metales; dependencia con la temperatura.

Propiedades magnéticas Momento magnético de electrones y átomos. Reglas de Hund. Interacción espín-órbita. Diamagnetismo. Paramagnetismo: ley de Curie; teoría cuántica. Paramagnetismo de Pauli. Diamagnetismo de Landau. Orden magnético. Interacción de intercambio. Ferromagnetismo: modelo de Weiss; la aproximación del campo medio. Antiferromagnetismo: modelo de Neél. Ondas de espín. Dominios magnéticos.

Superconductividad Superconductividad: concepto, factores que la destruyen. Efecto Meissner. Superconductividad tipo I y II. Modelo de London. Teoría de Ginzburg-Landau. Teoría BCS: rasgos cualitativos, pares de Cooper. Cuantización del flujo. Efecto Josephson


Evaluación:
Tareas:                25 % de la Nota. 

Interrogaciones:  75% de la Nota.

                                  1.  Lunes 12 de Abril
                                  2.  Lunes 17 de Mayo
                                  3.  Lunes 28 de Junio


Textos de Referencia:
4"Introducción a la Física del Estado Sólido", Charles Kittel.
4"Solid state physics", N. Ashcroft, N. Mermin.
4"Física del Estado Sólido", H.E. Hall.
4"Física de los Sólidos”, Frederick C. Brown.
4"Solid-state physics: an introduction to principles of materials sciences", Herald Ibach.
4"Problems in solid state physics”, ed. Goldsmid.
4"Solid-state physics: introduction to the theory”, J.D. Patterson B.C. Bailey (2007).

 


MATERIAL DEL CURSO

INTRODUCCION  

 

 
Estructura cristalina y difracción

CAPITULO 1 (parte I)   

CAPITULO 1 (parte II)   

  CAPITULO 1 (parte III)   

  CAPITULO 1 (parte IV)   

 

Tarea 1 (Plazo de entrega 1 de abril)

Tarea 2 (Plazo de entrega 13 de abril)

Dinámica de Redes

CAPITULO 2   

 

 
Propiedades Térmicas

CAPITULO 3   

 

   Tarea 3 (Plazo de entrega 21 de Mayo) 

Electrones libres en metales

CAPITULO 4   

 

 

Teoría de Bandas

CAPITULO 5   

 

 

Superficies de Fermi

CAPITULO 6   

 

   Tarea 4 (Plazo de entrega 30 de Junio) 

Tight Binding

CAPITULO 7   

 

 

Propiedades Magnéticas
   

 

   

Semiconductores
 

 

 
Scattering en semiconductores
 

 

 




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