Fizika 3 - Villamosmérnöki mesterszak

A Fizipedia wikiből


2018. tavaszi félév

A Fizika 3 tárgy a kvantummechanikai elvekre épülő modern szilárdtestfizikába vezet be miközben számos korszerű elektronikai és nanotechnológiai alkalmazást is ismertet.

Ajánlott irodalom azoknak, akik egy-egy területen alaposabban el kívánnak mélyülni:
Geszti Tamás - Kvantummechanika. Az előadásban lefedett anyag: a könyv 1-6 fejezete, valamint a 7,9,12 és 13 egyes alfejezetei.
Sólyom Jenő: A modern szilárdtestfizika alapjai I-II (második kiadás), Eötvös Kiadó, Budapest (2009).
Jelenségek, eszközök: Nanofizika tudásbázis
"Bevezető" kvantummechanika jegyzet releváns fejezetei
"Haladó" kvantummechanika jegyzet releváns fejezetei
Kedvcsináló: Mihály György: Mire jó a kvantumfizika?, Mindentudás előadások

A jegyzetelést elősegítő kivonatok letölthetők az előadás címén keresztül (jelszó ismeretében). Ezeket érdemes kinyomtatni, majd az előadáson erre jegyzetelni. Az alábbi tematikában az előadás címek mellett szerepelnek a témához kapcsolódó fontosabb fogalmak, számolási gyakorlatok valamint az előadáson ismertetésre kerülő eszközök és alkalmazások. A kivonatokon csillag jelzi azokat a részletesebb levezetéseket, amelyek gondolatmenetét érdemes megérteni, de nem lesznek visszakérdezve a zárthelyiken.

ZH1 eredmények, statisztika
ZH1 eredmények betekintés után (+első 12 előadás jelenlét összesítése)
ZH2 eredmények.

ZH eredmények a pótZH után + megajánlott jegyek. A megajánlott jegyek beírásához a május 29-i vizsgára kell bejelentkezni, de a vizsgán nem kell megjelenni. A jegyet május 29-én írjuk be. (Ezen a napon természetesen lehet vizsgázni is.)

PótpótZH (ZH1 és ZH2 együtt): május 28 (hétfő) 12:00-14:00, F ép. III lépcsőház, II emelet 13. terem (F3213). A PótpótZH-ra a NEPTUNon be kell jelentkezni! Ha valaki a pótpótZH-n szerez megajánlott jegyet, azt akkor is be tudjuk írni a Neptunba, ha nem jelentkezik fel a 29-i vizsgára.

február 6. (kedd) 14:15 F29 terem
Elektromágneses hullámok: szuperpozíció elve; interferencia; fotoeffektus; hőmérsékleti sugárzás; foton fogalma, foton detektálásának valószínűsége, fotoemissziós spektroszkópia.
február 9. (péntek) 14:15 F29 terem
Lézerek: spektrumok (kísérlet); atomok gerjesztése, Einstein-egyűtthatók, indukált emisszió, optikai erősítés, lézerfény tulajdonságai, lézer alkalmazások

február 13.
Elektronok hullámtermészete: a hullámfüggvény valószínűségi értelmezése; képalkotás és diffrakció elektronmikroszkóppal; szabad részecske hullámfüggvénye; operátorok fogalma; hullámcsomag.
február 16.
Elektronok potenciáltérben: elektronok hullámhosszának szabályzása; elektron-hullámok keltése (Fowler-Nordheim alagúteffektus); transzmissziós és pásztázó elektronmikroszkóp (TEM és SEM), elektron-litográfia; Schrödinger-egyenlet.

február 20.
Alagúteffektus: Alagutazás potenciálgáton keresztül, pásztázó alagútmikroszkóp (STM) detektálási árama, (SQUID), Flash-memória, kísérlet: alagútáram pont-kontaktusban, molekuláris elektronika
február 23.
Fizikai mennyiségek várható értéke: várható értéke és szórás; hullámcsomag; határozatlansági reláció

február 27.
Operátorok alkalmazása a kvantummechanikában: felcserélési reláció; harmonikus oszcillátor; a harmonikus oszcillátorhoz kapcsolódó kvantum-jelenségek: hőmérsékleti sugárzás; fajhő, Landau-nívók, kvantum-kaszkád lézer.
március 2.
Kristályok szerkezete, szimmetriák: Diszkrét transzlációs szimmetria, rács és reciprok rács, szimmetriaműveletek, Neumann-elv és alkalmazása

március 6.
Szerkezetmeghatározás-I: rugalmas szórás elmélete: kristálysíkok, Bragg-feltétel, Laue-módszer (amplitudók fázishelyes összegzése), szórt nyaláb intenzitása
március 9.
Szerkezetmeghatározás-II: Röntgen-, neutron- és elektron-szórás: Ewald-szerkesztés; szinkrotron, szabad-elektron lézer, neutron-források, Röntgen-holográfia, kvázikristályok, amorf anyagok
március 10.
Kristályok dinamikája: rácsrezgések, lineáris lánc rezgései, a fonon fogalma, szilárd testek fajhője

március 13.
Kvantummechanikai rész + kristályok összefoglalója

március 20.
Konzultáció
március 23.
Fémek szabad-elekton modellje:Sommerfeld-modell, Fermi-Dirac statisztika, termikus és mágneses tulajdonságok, Pauli-szuszceptibilitás kiszámítása, kvantum-statisztikák

március 27.
Szilárd testek sávszerkezete: szoros kötésű közelítés, fémek és félvezetők sávszerkezete, effektív tömeg, elektron és lyukvezetés

április 10.
Fémek - félvezetők: Sávok betöltése, elektronok-lyukak, félvezetők töltéshordozói, adalékolt félvezetők, vezetőképesség
április 13.
Ballisztikus elektron-transzport: félvezető heteroátmenetek, tervezett tulajdonságú kétdimenziós elektrongáz, extrém nagy mobilitású elektronok, vezetőképesség kvantum, ballisztikus elektron terjedést kimutató kísérletek

április 17.
Mezoszkopikus transzport: koherens elektronállapotok, Landauer-formalizmus, s-mátrix technika; memrisztorok nanométeres méretskálán
április 20.
Makroszkopikus elektron-transzport: Boltzmann-egyenlet, fémek vezetőképessége és optikai tulajdonságai

április 24.
Félvezető eszközök, kvantum-pötty: MOSFET működési elve; félvezető lézer/LED/napelem; kvantum-pötty, egyelektron tranzisztor
április 27.
Szenzorok: piezo, MEMS és mágneses szenzorok; rezgővillás kísérlet; MEMS-giroszkóp működési elve, lézeres távolságmérés, SONAR, RADAR, LIDAR, Lock in detektálás (Phase Sensitive Detection)

május 4.
Szupravezetés: zérus ellenállás, Meissner-effektus, első és másodfajú szupravezetők, szupravezető mágnesek (CERN, MRI,NMR), magas hőmérsékletű szuparavezetők (MAGLEV)

május 8.
Mágnesség, spintronika: mágnesség rács-modellje; kolosszális mágneses ellenállás; ferromágnesség sáv-modellje; a mágnesezettség mérése; spin-szelep, GMR, STT MRAM, spin-szelep működése (Landauer-formalizmus).
május11.
Szilárdtestfizika rész összefoglalója

május 15.
Nanoelektronika: Meghívott előadó: Csonka Szabolcs. Qbit, kvantum számítógép, grafén-elektronika
május 18.
ZH-2. 14:00-16:00. Névsor szerint: A-M között F29 terem, N-Z között E1C terem.



A tárgy adatai

Előadó: Mihály György(TTK Fizika Tanszék)
Tantárgykód: TE11MX01, TE11MX33
Nyelv: magyar

Helyszín: F29 terem,
Időpont: kedd, péntek 14:15 - 16:00


Félévközi számonkérések:

A félév során két zárthelyi dolgozat lesz: az első március 20-án (kedden) 18-20 óra között a KF51-ben (AUDMAX, a második május 18-án (pénteken) 14-16 óra között, névsor szerint: A-M között F29 terem, N-Z között E1C terem.

A zárthelyi dolgozatok egyenként 40 pont feletti eredmény esetén eredményesek (a maximálisan elérhető pontszám egy zárhelyinél 100 pont).
A zárthelyi dolgozatok értékelése:
2 (elégséges) : 40 - 55
3 (közepes) : 55 - 70
4 (jó) : 70 - 85
5 (jeles) : 85 -
(az aláhúzott érték a jegyhez tartozó alsó határ)

Az aláírás feltétele mindkét ZH teljesítése minimum elégségesre (40 pont).
Két sikertelen zárthelyi dolgozat esetén félévközi jegy nem szerezhető.

Félév végi jegy: írásbeli vizsga

A vizsgakérdések valamennyi előadás tartalmára kiterjednek. Az írásbeli vizsga után - a legalább 70 pontos eredményt elérőknek - szóbeli vizsga lehetséges a jeles érdemjegyért (a 85 pont feletti eredményt elérők szóbeli vizsga nélkül megkapják a jeles érdemjegyet).
Az írásbeli dolgozat értékelése:
2 (elégséges) : 40 - 55
3 (közepes) : 55 - 70
4 (jó) : 70 - 85
5 (jeles) : 85 -
(az aláhúzott érték a jegyhez tartozó alsó határ)

Ha valaki a két évközi ZH-n egyenként minimum 50 pontot ér el, akkor megajánlott jegyet kap.
Az előadásokon jelenléti ívet vezetünk. Azok esetében, akik a foglalkozások legalább 70%-án jelen voltak (16 előadáson), a megajánlott jegy megállapításánál a két zárthelyi átlagához 10 pontot hozzáadunk, egyébként a zárthelyik pontszámának átlagával számolunk. A megajánlott jegynél legalább 70 pontos eredményt elérőknek szóbeli vizsga lehetséges a jeles érdemjegyért (a 85 pont feletti eredményt elérők szóbeli vizsga nélkül megkapják a jeles érdemjegyet)

Egyéb feltételek

Mindenki legfeljebb egy zárthelyit pótolhat, de azt esetleg kétszer.

  • A pótzárthelyi időpontja: május 22. (kedd) 12-14 óra között, F29 terem. Ezen két feladatsor lesz, minden hallgató legfeljebb az egyik zh-ját pótolhatja (akinek két sikertelen zh-ja van, nem kaphat aláírást). A pótZH-n javítani és rontani is lehet, de ha valaki a ZH leadásakor (egy lista aláírásával) jelzi, hogy nem kéri a dolgozat kijavítását, akkor marad az eredeti pontszám.
  • Egy további pót-pótzárthelyit tartunk május 28-án (hétfő) 12-14 óra között, az F épület 3. lépcsőház 2 emelet 13 teremben. Ezen két feladatsor lesz, amelyiken mindenki a másodszor pótlandó (egy) zárthelyijét pótolhatja. A lefedett előadások azonosak az eredeti ZH-ban szereplőkkel. A pótpótZH-n javítani és rontani is lehet, de ha valaki a ZH leadásakor (egy lista aláírásával) jelzi, hogy nem kéri a dolgozat kijavítását, akkor marad az eredeti pontszám.

A tantárgy célkitűzése

A tárgy célja a korszerű természettudományos világszemlélet kialakítása; a modellalkotási készség fejlesztése. Olyan egyetemi szintű fizikai ismeretek elsajátítása, amely feltétlenül szükséges a szaktárgyak megalapozásához valamint elengedhetetlen a XXI. századi technika világában eligazodni és alkotni akaró mérnök munkájához.

Ezen általános célokon belül a tantárgy további fontos célja:
- a kvantummechanika alapjainak megismertetése, a klasszikus fizika korlátainak felismerése;
- a modern anyagtudomány és a nanotechnológia alapját képező szilárdtestfizikai kvantumjelenségek leírása;
- a kvantummechanikai elvekre épülő eszközök és berendezések működésének bemutatása.

Mindez hozzájárul a villamosmérnöki szakma természettudományos hátterének a megismeréséhez, és kellő alapot nyújt a modern elektronikai eszközökben lezajló folyamatok megértéséhez.