Alkalmazott szilárdtestfizika

Tárgy adatai

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

Az előadások fóliái (2016)

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

• (Halbritter András)
  • Nanofizika tudásbázis, Nanoszerkezetek előállítási és vizsgálati technikái
• és makroszkopikus vezetési jelenségek (Halbritter András)
  • Nanofizika tudásbázis, Transzport nanovezetékekben: Landauer-formula, vezetőképesség-kvantálás
  • Nanofizika tudásbázis, Interferencia és dekoherencia nanoszerkezetekben
  • Sólyom Jenő, A Modern Szilárdtest-fizika Alapjai II., 16.1, 16.3, 24.2, 24.3 fejezetek
• (Halbritter András)
  • The Feymann 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 (Csonka Szabolcs)
  • The Feymann lectures on Physics: Semiconductors
  • Sólyom Jenő, A Modern Szilárdtest-fizika Alapjai II., 20., 27. fejezetek
• Félvezetők II (Csonka Szabolcs)
• Félvezetők III-IV (Csonka Szabolcs)
• Mágnesség I (Csonka Szabolcs)
• Mágnesség II (Csonka Szabolcs)

Az előadások fóliái (2015)

Jelszó az előadóktól kérhető. A 2016. évi fóliák később kerülnek feltöltésre, de lényeges eltérésre az előző évhez képest nem kell számítani.

• Bevezetés (Halbritter András)
• Mezoszkopikus és makroszkopikus vezetési jelenségek (Halbritter András)
• Szupravezetés (Halbritter András)
• Félvezetők I (Csonka Szabolcs)
• Félvezetők II (Csonka Szabolcs)
• Félvezetők III-IV (Csonka Szabolcs)
• Mágnesség I (Csonka Szabolcs)
• Mágnesség II (Mihály György)

Vizsgatematika (2015)

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, 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.

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

Szupravezetés III.

Josephson-effektus, Cooper párok, 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.

Atomok mágneses momentuma: impulzusmomentum, Hund-szabályok, eredetük, Landé g-faktor, Curie-szuszceptibilitás, antiferromágnesség.

Mágnesség II.

Mágneses modellek. Kicserélődési kölcsönhatás típusai. Heisenberg-modell, átlagtér-közelítés, magnonok. Mágnesezési görbék, anizotrópia. Mágnesség sávmodellje, Slater-Pauling-görbe. Mágnesezettség mérése.

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 és a félvezetőfizika témakörökhöz nagyon ajánljuk a "The Feymann lectures on Physics" megfelelő fejezeteit, melyek angolul online elérhetők itt és itt