Alkalmazott szilárdtestfizika

Tárgy adatai

• Tárgyfelelős: Dr. Mihály György, egyetemi tanár
• Oktatók: Dr. Halbritter András egyetemi docens és Dr. Csonka Szabolcs egyetemi docens
• Kód: BMETE11AF11
• Követelmény: 2/0/0/V/2
• Besorolás: fizika BSC alkalmazott fizika szakirányon kötelező tárgy, fizikus szakirányon a szilárdtestfizika iránt érdeklődőknek szabadon választható tárgyként ajánjuk
• Nyelv: magyar
• Jelenléti követelmények: A félév végi aláírás feltétele előadások legalább 70%-án való részvétel. Az előadásokon jelenléti ívet vezetünk.
• Félévközi számonkérések: -
• A félév végi osztályzat kialakítása szóbeli vizsga alapján történik. A vizsga feltétele az aláírás megszerzése
• Konzultációk: egyéni egyeztetés alapján

2013/2014 tavaszi félév

• Az előadások időpontja és helye: péntek 10:15-12:00, F. épület III. lépcsőház 2.emelet 13.
• A tervezett időbeosztás:

1. február 14. Bevezetés (Mihály György)
2. február 21. Mezoszkopikus vezetési jelenségek I (Halbritter András)
3. február 28. Mezoszkopikus vezetési jelenségek II (Halbritter András)
4. március 7. Makroszkopikus transzport I (Halbritter András)
5. március 14. Makroszkopikus transzport II (Halbritter András)
6. március 21. Félvezetők (Csonka Szabolcs)
7. március 28. Félvezető alkalmazások (Csonka Szabolcs)
8. április 4. Félvezető nanoszerkezetek (Csonka Szabolcs)
9. április 11. Mágnesség (Csonka Szabolcs)
10. április 18. Mágneses modellek (Csonka Szabolcs)
11. április 25. Ferromágneses anyagok, spintronika (Csonka Szabolcs)
12. május 9. Szupravezető anyagok (Halbritter András)
13. május 16. Kvantum-effektusok szupravezetőkben, alkalmazások (Halbritter András)

Az előadások fóliái (2015)

(jelszó az előadóktól kérhető)

• Bevezetés (Halbritter András)
• Mezoszkopikus és makroszkopikus vezetési jelenségek (Halbritter András)
• Szupravezetés (Halbritter András)

Az előadások fóliái (2014)

(jelszó az előadóktól kérhető)

• Általános bevezetés (Mihály György)

• Transzport bevezetés (Halbritter András)
• Mezoszkopikus és makroszkopikus vezetési jelenségek (Halbritter András)
• Szupravezetés (Halbritter András)

• A félvezető fizika alapjai (Csonka Szabolcs)
• Félvezető alkalmazások (Csonka Szabolcs)
• A mágnesség elméletének alapjai (Csonka Szabolcs)
• Mágneses modellek (Csonka Szabolcs)
• A mágnesség mérése, spintronika (Csonka Szabolcs)

Vizsgatematika

Karakterisztikus méretskálák, nanoszerkezetek előállítási és vizsgálati technikái

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, zajjelenségek.

Mezoszkopikus transzport III.

Koherens transzport, Aharonov-Bohm-effektus, fázisvesztés, környezet miatti koherencia-vesztés.

Mezoszkopikus transzport IV.

Négypont ellenállás nanovezetékekben, ellenállások koherens és inkoherens soros kapcsolása, nemegyensúlyi eloszlásfüggvény, ballisztikus vezeték ellenállása.

Makroszkopikus transzport I.

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.

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, egy-elektron tranzisztor, egy-elektron pumpa

Félvezetők IV.

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

Szupravezetés I.

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

Szupravezetés II.

Tiltott sáv, Ginzburg-Landau-elmélet, SN határátmenet, Mágneses tér behatolása, fluxuskvantálás, vortexek, első- és másodfajú szupravezetők.

Szupravezetés III.

Josephson-effektus. A BCS elmélet alapjai. Szupravezető alkalmazások.

Mágnesség I.

Atomok mágneses momentuma: impulzus momentum, Hund szabályok, Landé g-faktor, Curie szuszceptibilitás. Kicserélődési kölcsönhatás.

Mágnesség II.

Ferromágnesség/Antiferromágnesség: Weiss-tér, Curie-Weiss szuszeptibilitás, mágneses anizotrópia, Pályamomentum befagyás 3d fémeknél.

Mágnesség III.

Mágneses modellek: Heisenberg-modell, Direkt-kicserélődés, Kinetikus-kicserélődés, Kolosszális mágneses ellenállás, Mágnesség-sáv modelljei: Pauli-szuszceptibilitás, Stoner-modell, Merev sáv modell, Félfémek

Mágnesség IV.

Mágnesség mérési módszerei, Spintronika: spin polarizáció, spin injektálás, spin diffúziós hossz, GMR effektus, spin szelep, MRAM, spin transfer torque

IRODALOM

• Az általános szilárdtestfizika 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