Alkalmazott szilárdtestfizika

A Fizipedia wikiből


Tárgy adatai

  • Tárgyfelelős: Dr. Csonka Szabolcs, egyetemi docens
  • Oktatók: Dr. Halbritter András egyetemi tanár, Dr. Csonka Szabolcs egyetemi docens, Dr. Pályi András egyetemi docens
  • Kód: BMETE11AF11
  • Követelmény: 2/0/0/V/2
  • Besorolás: fizika BSC alkalmazott fizika szakirányon kötelező tárgy
  • Nyelv: magyar
  • Félévközi számonkérések: -
  • A félév végi osztályzat kialakítása szóbeli vizsga alapján történik.
  • Konzultációk: egyéni egyeztetés alapján
  • Az előadások időpontja és helye: péntek 10:15-12:00, F. épület III. lépcsőház 2.emelet 13.

Az előadások fóliái (2017), ajánlott irodalom

Jelszó az előadóktól kérhető. A fóliák linkjei alatt az adott témakörhöz kapcsolódó ajánlott olvasmányokat jelöljük meg.

Vizsgatematika (2017)

A vizsgán mindenki egy tételt húz az alábbi tételek közül, melyet részletesen kell ismertetni. Ezen kívül számos más tétellel kapcsolatban felteszünk gyorsan megválaszolható kérdéseket. A felkészülésnél kérjük, hogy mindenki elsősorban az anyag megértésére helyezze hangsúlyt, és mindenki gondolja végig, hogy az egyes témaköröknek mik a legfontosabb üzenetei. Azon hallgatók, akik az előadások legalább 70%-át végighallgatták a vizsgára hozhatnak magukkal egy A4-es lap méretű (kétoldalas) saját kézírással készített "puskát", mely felhasználható a készüléshez. (A vizsga közben, pl. a villámkérdéseknél ez a segédanyag már nem használható!) Az újrafelhasználás elkerülése végett a vizsga után beszedjük a segédanyagot.

Nanoszerkezetek előállítási és vizsgálati technikái, karakterisztikus méretskálák

Moore törvénye, az elektronikai eszközök méretcsökkenése. Elektronmikroszkópok, elektronsugár litográfia, kétdimenziós elektrongáz GaAlAs heteroszerkezetekben. Pásztázó alagútmikroszkóp és atomerő mikroszkóp. Karakterisztikus méretskálák: momentumrelaxációs szabadúthossz, fáziskoherencia-hossz, spindiffúziós hossz.

Mezoszkopikus transzport I.

Ideális nanovezetékek ellenállása, Landauer-formula, vezetőképesség-kvantálás.

Mezoszkopikus transzport II.

Termoelektromos jelenségek, hővezetés, hol termelődik a hő?

Mezoszkopikus transzport III.

Koherens és inkoherens transzport, négypont-ellenállás, ellenállások koherens és inkoherens sorba kapcsolása, környezet miatti koherencia-vesztés.

Makroszkopikus transzport I.

Nemegyensúlyi eloszlásfüggvény, Boltzmann-egyenlet, relaxációs idő közelítés. Boltzmann-egyenlet megoldása homogén hőmérsékletgradiens, illetve homogén elektromos tér esetén.

Makroszkopikus transzport II.

Egyenáramú vezetőképesség számolása a Boltzmann-egyenlet alapján. Üres és teli sáv vezetése, izotróp rendszer vezetőképessége. Termoelektromos jelenségek. Fémek ellenállásának hőmérsékletfüggése.

Szupravezetés I.

Szupravezetés jelensége, szupravezető elemek és anyagok, Meissner-effektus, tökéletes diamágnesség, kísérlet szupravezető gyűrűvel, London-egyenletek.

Szupravezetés II.

Cooper-párok fogalma, tiltott sáv, makroszkópikus hullámfüggvény, koherenciahossz, mágneses tér behatolása, fluxuskvantálás, vortexek, első- és másodfajú szupravezetők.

Szupravezetés III.

Josephson-effektus, Shapiro-rezonanciák, SQUID, szupravezető alkalamazások.

Félvezetők I.

Félvezetők alaptulajdonságai, sávszerkezet, termikusan gerjesztett töltéshordozók, kémiai potenciál, töltéshordozó koncentráció véges hőmérsékleten.

Félvezetők II.

Adalékolt félvezetők, donor és akceptor állapotok, hőmérséklet függő viselkedés

Félvezetők III.

Félvezető elektronikai eszközök: Schotky-gát és dióda, p-n átmenet, Zener-dióda, Esaki-dióda, bipoláris tranzisztor, CMOS, MOSFET, Flash memória, HEMT

Félvezetők IV.

Félvezető eszközök gyártási lépései, litográfia, rétegnövesztési módszerek, band-engineering, kétdimenziós elektrongáz, félvezető optikai eszközök: lézerek, világító dióda, napelem. Blue-LED.

Mágnesség I.

Mágneses alapjelenségek: spektroszkópia, paramágnesség, diamágnesség, ferromágnesség. Atomok mágneses momentuma: impulzusmomentum, Hund-szabályok, Landé g-faktor.

Mágnesség II.

Független atomok mágnesezettsége véges hőmérsékleten, véges mágneses térben; Curie-szuszceptibilitás. Dipól-dipól és kicserélődési kölcsönhatás. A ferromágnesség átlagtér-elmélete: Weiss-tér, Curie-Weiss szuszceptibilitás, ferromágnes-paramágnes fázisátalakulás, mágnesezettség hőmérsékletfüggése.

IRODALOM

  • Az általános szilárdtestfizika (Boltzmann-egyenlet, félvezetőfizika, szupravezetés, mágnesség) témájú előadások mélyebb megértéséhez Sólyom Jenő "A modern szilárdtestfizika alapjai" c. könyvének második kötetét ajánljuk.
  • A nanofizika témájú előadásokhoz (mezoszkopikus transzport, félvezető nanoszerkezetek, spintronika) elektronikus oktatási anyagok találhatók a nanofizika tudásbázisban
  • A szupravezetés, félvezetőfizika és mágnesség témakörökhöz nagyon ajánljuk a "The Feymann lectures on Physics" megfelelő fejezeteit (lásd fent).

Az előadások fóliái (2015)

Jelszó az előadóktól kérhető.