Alkalmazott szilárdtestfizika

Tárgy adatai

• Tárgyfelelős: Dr. Csonka Szabolcs, egyetemi docens
• Oktatók: Dr. Halbritter András egyetemi tanár, Dr. Csonka Szabolcs 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: csütörtök 10:15-12:00, F. épület III. lépcsőház 2.emelet 13.

Az előadások fóliái, ajánlott irodalom

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

• Mezoszkopikus és makroszkopikus vezetési jelenségek (2018, Halbritter András)
  • Nanofizika tudásbázis, Nanoszerkezetek előállítási és vizsgálati technikái
  • Nanofizika tudásbázis, Transzport nanovezetékekben: Landauer-formula, vezetőképesség-kvantálás
  • Termoelektromos jelenségek (szerkesztés alatt álló segédanyag)
  • Sólyom Jenő, A Modern Szilárdtest-fizika Alapjai II., 16.1, 16.3, 24.2, 24.3 fejezetek
• Szupravezetés (2017, Halbritter András)
  • The Feynman lectures on Physics: The Schrödinger Equation in a Classical Context: A Seminar on Superconductivity
  • Sólyom Jenő, A Modern Szilárdtest-fizika Alapjai II., 26. fejezet
• Félvezetők I-II (2017, Csonka Szabolcs)
• Félvezetők III-IV (2017 Csonka Szabolcs)
  • The Feynman lectures on Physics: Semiconductors
  • Sólyom Jenő, A Modern Szilárdtest-fizika Alapjai II., 20., 27. fejezetek
• Mágnesség I. Atomok mágneses momentuma (2018, Csonka Szabolcs)
• Mágnesség II. Mágneses momentumok kölcsönhatása, kicserélődés, Mágneses sáv modellek (2018, Csonka Szabolcs)
  • The Feynman lectures on Physics: The Magnetism of Matter (1., 2., 6., 7., 8. szakaszok)
  • The Feynman lectures on Physics: Paramagnetism and Magnetic Resonance (1., 4. szakaszok)
  • The Feynman lectures on Physics: Ferromagnetism (6. szakasz)
  • Sólyom Jenő, A Modern Szilárdtest-fizika Alapjai I., 4.4.1. fejezet

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.

Karakterisztikus méretskálák

Moore törvénye, az elektronikai eszközök méretcsökkenése. 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.

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.

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).