IM2601 Fasta tillståndets fysik 6,0 hp

Solid State Physics

OBS!

Detta är en nedlagd kurs.

Detta är en introduktionskurs inom fasta tillståndets fysik och tar upp de mest centrala begreppen inom det enskilt största forskningsområdet inom moderna fysik.

  • Utbildningsnivå

    Avancerad nivå
  • Huvudområde

    Teknisk fysik
  • Betygsskala

    A, B, C, D, E, FX, F

Sista planerade examination: HT20.

Det finns inget planerat kurstillfälle.

Lärandemål

Denna kurs är en introduktionskurs till fasta tillståndets fysik och tar upp de mest centrala begreppen inom det enskilt största forskningsområdet inom modern fysik. Kursen utnyttjar metoder och principer från praktiskt taget alla andra kurser som ingår i den grundläggande teknisk fysikutbildningen på KTH. Efter avslutad kurs förväntas studenterna kunna:

  • Klassifiera verkliga fasta material utifrån grundläggande begrepp som atomarrangemang, mikrostruktur och kristallbinding.
  • Använda kristallina materialens gitterstruktur både i det reella rummet och i det reciproka rummet (k-rummet) samt kunna transformera mellan dessa båda rum.
  • Kunna tillämpa teorin för röntgenspridning i det reciproka rummet för att bestämma gitterstrukturen hos kristallina material samt kunna utnyttja dessa principer vid andra materievågor. 
  • Formulera grundläggande modeller för elektronernas och gittervibrationernas (fononernas) inverkan på kristallina materials fysik, kunna utföra beräkningar på dessa modeller samt både kvantitativt och kvalitativt kunna relatera de slutsatser som framkommer av modellerna till experimentellt uppmätta egenskaper hos material.
  • Formulera elektronegenskaper i en periodisk potential, förklara vilka faktorer som påverkar bandstrukturen hos ett kristallint material samt utifrån detta utveckla en kvalitativ förståelse av kopplingen mellan ett materials bandstruktur och dess elektriska/optiska egenskaper.
  • Beräkna några fysikaliska parameterar hos ett halvledande material samt förklara de grundläggande fysikaliska principerna bakom en pn-övergång.
  • Förklara de fysikaliska principerna för olika typer av elektriska och magnetiska fenomen i fasta material (såsom exempelvis paraelektricitet, dielektricitet, ferroelektricitet, supraledning, paramagnetism, diamagnetism, ferromagnetism, antiferromagnetism etc) samt i relevanta fall relatera dessa till makroskopiskt uppmätbara fysikaliska egenskaper.

Kursens huvudsakliga innehåll

Klassifiering av fasta material genom atomstruktur, mikrostruktur, atombinding, olika sorters kristallin ordning. Direkta och reciproka gittret. Röntgenanalys och dess anvädning för att bestämma gitterstrukturen hos ett material. Modeller för elektroner och gittervibrationer (fononer) i kristallina material (speciellt fria elektronmodellen, Debye-modellen, Einstein-modellen). Elektroner i verkliga material, Brillouinzoner, bandstruktur, Fermiytor. Den grundläggande fysikaliska förståelsen av diverse material och materialegenskaper: metaller, halvledare, isolatorer, dielektrika, ferroelektrika, supraledning, dia-, para-, ferro- och antiferro-magnetism, optiska egenskaper. pn-övergången i halvledarmaterial.

Behörighet

Högskolestudier motsvarande minst 120 hp inom teknik eller naturvetenskap, samt Engelska A.

Rekommenderade förkunskaper

Grundläggande universitetsfysik inom termodynamik, optik, elektroteknik, kvantfysik och statistisk fysik.

Litteratur

Charles Kittel, Introduction to solid state physics, 8th edition, John Wiley and Sons Inc. (2005), ISBN: 978-0-471-41526-8

Östen Rapp, 100 lösta problem i fasta tillståndets fysik, KTH (2007)

Laborationsinstruktioner från kursansvarig

Examination

  • LAB1 - Laborationer, 1,5, betygsskala: P, F
  • TEN1 - Tentamen, 4,5, betygsskala: A, B, C, D, E, FX, F

Skriftlig tentamen (TEN1), 4.5 hp samt laborationer (LAB1), 1.5 hp

Ges av

SCI/Tillämpad fysik

Kontaktperson

Magnus Andersson

Examinator

Magnus Andersson <magnusan@kth.se>

Övrig information

Kursen utvärderas och utvecklas i enlighet med KTH:s policy för kursanalys.

Kursen ersätts från och med 2017 av SK2750.

Påbyggnad

IM2602 Fasta tillståndets fysik, tilläggskurs

Specialiserade kursen inom området

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med HT2009.
Examinationsinformation gäller från och med VT2008.