Kursen ger en introduktion till kvantfysik och kvantmekanik tillämpad på atomer och fasta material, med inriktning mot problemställningar inom materialfysik som en ingenjör kan tänkas möta i sin yrkesverksamhet.
Kursen går igenom:
Kvantfysik och partikel-våg-dualism, Schrödingerekvationen och dess lösning för olika potentialer.
Atomens och det periodiska systemets uppbyggnad. Elektronens kvanttal och elektronspinn.
Molekylers uppbyggnad, kemisk bindning, vibrationer och rotationer.
Atomkärnans uppbyggnad, modeller för atomkärnan, sönderfall, kärnreaktioner, fission, fusion, kärnenergi.
Materialfysik, kristallgitter, röntgendiffraktion, gittervibrationer, frielektronmodellen och metallers elektriska och termiska egenskaper, energiband, optiska och elektriska egenskaper hos halvledare, electroniska komponenter.
Kursens huvudmål är att ge en mikroskopisk beskrivning av elektroner, atomer, kärnor och fasta material hur detta relaterar till makroskopiska egenskaper hos fasta material.
Efter kursen skall studenten kunna:
- bedöma när klassisk fysik är tillämpbar och när en kvantmekanisk beskrivning är nödvändig.
- beskriva atomens och det periodiska systemets uppbyggnad och kunna förklara vad de olika kvanttalen representerar.
- beskriva och ge exempel på olika kemiska bindningar och hur dessa påverkar ett fast materials elektriska, optiska och mekaniska egenskaper.
- förklara hur och varför ett kärnkraftverk fungerar.
- beskriva de vanligaste kristallgittren, dessas dynamiska egenskaper och hur man bestämmer struktur och gitterparameter med röntgendiffraktion
- beskriva frielektronmodellen och utifrån denna uppskatta metallers termiska och elektriska egenskaper
- beskriva inverkan av en periodisk potential på elektroners egenskaper i fasta material
- utifrån ett banddiagram kunna uppskatta ett materials elektriska och optiska egenskaper.
- beskriva och beräkna enkla elektroniska komponenter och deras elektriska egenskaper
