Fizika 3 - Villamosmérnöki mesterszak
2014. tavaszi félév
Ajánlott irodalom:
Geszti Tamás - Kvantummechanika.
Az előadásban lefedett anyag: a könyv 1-6 fejezete, valamint a 7,9,12 és 13 egyes alfejezetei.
Kivonatok "bevezető" kvantummechanika jegyzetből
Kivonatok "haladó" kvantummechanika jegyzetből
Kedvcsináló:
Mihály György: Mire jó a kvantumfizika,
Mindentudás előadások: Kvantumfizika, Nanotechnológia
- ELŐADÁSOK (kedd 14-16, csütörtök 10-12; F. épület 29 előadóterem)
A Fizika 3 tárgy új felépítése a kvantummechanikát a modern szilárdtestfizikai alkalmazásokon keresztül mutatja be. A sokak számára szokatlan fogalomrendszer elfogadását elősegíti a kvantumfizikai elvekre épülő elektronikai eszközök és berendezések működésének megismerése. Az előadások során csak fokozatosan épül fel a kvantumjelenségek értelmezését szolgáló matematikai apparátus.
A jegyzetelést elősegítő kivonatokat (letölthető az előadás címén keresztül) érdemes kinyomtatni, majd az előadáson erre jegyzetelni. Ezek önmagukban nem elegendőek a megértéshez, ahhoz a szóban elhangzó magyarázatokat is hallani kell – ezért érdemes előadásra járni. Egy-egy témakörhöz kapcsolódó további kiegészítő anyagok tölthetők le az előadáscímek mellé írt kulcsszavakon keresztül.
- Bevezető előadás: kvantummechanika/szilárdtestfizika elektronikai alkalmazásai,kristályok matematikai leírása, szimmetriák
- Elektromágneses hullámok – foton: hőmérsékleti sugárzás, fotoeffektus (1),PET, félvezető lézer (1), CCD kamera
- Elektron hullámtermészete – interferencia: hullámfüggvény (szuperpozíció, valószínűségi értelmezés), elektronmikroszkóp (1)
- Kristályok szerkezete – szóráskísérletek: szinkrotron, szabad-elektron lézer, neutronforrások, elektronmikroszkóp (2), szórási amplitudó számolása
- Schrödinger egyenlet – alagúteffektus: hely- és impulzus-operátorok, Hamilton-operátor, Flash-memória, kvantum-dot (1)
- Schrödinger-egyenlet egyszerű megoldásai: kötött állapotok 22-25 old., alagúteffektus 89-93 old.
- Schrödinger-egyenlet egyszerű megoldásai: harmonikus oszcillátor 25-29 old., Fowler-Nordheim formula
- Kristályok dinamikája, rácsrezgések – fonon: harmonikus közelítés, rácsrezgések kvantáltsága, szilárd testek fajhője, kvázi-impulzus
- Elektronok mágneses térben - 1: keltő- és eltüntető-operátorok, Landau-nívók, Aharonov-Bohm effektus, fluxus-kvantálás,
- Elektronok mágneses térben - 2: pályaimpulzus, Bohr-magneton, Zeeman-effektus-1, Stern-Gerlach kísérlet, elektron-spin
- Kvantummechanika axiomatikus felépítése: Hullámfüggvények, operátorok, mérések várható értéke
- Felcserélési törvények: határozatlansági relációk, szimmetriák és megmaradási tételek, Ehrenfest-tétel
- Perturbációszámítás
- március 27 Kvantummechanikai rész összefoglalója
- Szilárd testek sávszerkezete (1): közel-szabad elektron közelítés, fémek és félvezetők, effektív tömeg, elektronok és lyukak
- Félvezetők, félvezető eszközök (1): Shottky-, Zéner-, Esaki-dióda; MOSFET, grafén-elektronika
- Ballisztikus és mezoszkopikus elektron transzport: koherens elektronállapotok
- Makroszkopikus elektron transzport: termikus egyensúly, Boltzman-egyenlet, fémek optikai tulajdonságai
- Impulzusmomentum és komponensei: Schrödinger-egyenlet centrális potenciálban
- Atomok elektronszerkezete: elektron-nívók, Zeeman-effektus-2, Hund-szabályok
- Sávszerkezet (2) – band tailoring: szoros-kötésű közelítés; heteroátmenetek; félvezető eszközök (2): lézer, napelem
- Nanoelektronika - kvantum dot: egyelektron-transzisztor, elektron zsilip és pumpa, kvantum metrológia, mesterséges atom
- Nanoelektronika – memrisztor: memrisztorok szerkezete és kapcsolási dinamikája, neurális hálózatok
- Mágnesség - rácsmodell: mágneses csatolások, ferro-, ferri- és antiferromágneses anyagok, királis szerkezetek
- Ferromágnesség sáv-modellje: GMR, spin-szelep, spintronika, STT MRAM
- Szupravezetés jelenségek – kísérletek: zérus ellenállás, Meissner-effektus, fluxus-kvantálás, Josephson-effektus
- Szupravezető alkalmazások: szupravezető mágnesek, SQUID, szupravezető elektronika, kvantum-számítógép
A tárgy adatai
- Előadó: Mihály György(TTK Fizika Tanszék)
- Tantárgykód: TE11MX01
- Követelmények: 3/1/0/v
- Kredit: 5
- Nyelv: magyar
- Félévközi számonkérések:
- 1. ZH (25 pont)
2014.04.07 17-19
- 2. ZH (25 pont)
2014.04.30 17-19
Az aláírás feltétele mindkét ZH teljesítése minimum 40% -ra, azaz 1. ZH min. 10p 2. ZH min. 10p
- Félév végi jegy: írásbeli vizsga (60 pont)
- Általánosan elvárt ismeretek 30 pont, (ebből minimum 14 pontot kell elérni az elégségeshez)
- Az egyes témák ismerete 30 pont
2 (elégséges) 45%- = 27p-
3 (közepes) 60%- = 36 p-
4 (jó) 75% - = 45 p
5 (jeles) 90% - = 54 p
Ha valaki a két évközi ZH-n összesen minimum 30 pontot ér el, megajánlott (elégséges) jegyet kap. A megajánlott jegy sikertelen írásbeli vizsga esetén sem veszik el azok számára, akik a foglalkozások (előadások+gyakorlatok) 70%-n jelen voltak.
Az írásbeli vizsga után - az elégtelen jegy kivételével - szóbeli vizsga lehetséges.
- Egyéb feltételek
Az előadásokon jelenléti ívet vezetünk. A félév során 7 előadás adminisztrációs szempontból „Gyakorlatnak minősül”, látogatása kötelező.
A TVSZ értelmében csak egy ZH pótolható. Ha valaki az egyik ZH-ból nem szerezte meg a 10 pontot, az PótZH-t írhat (alanyi jogon)A PZH-t időpontja: 2014.05.21 . Az „Aláírás” megszerzéséért, az arra jogosultak, a pótlási héten PPZH-t írhatnak
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 kvantumfizikai gondolkodásmód elsajátításának elősegítése;
- a klasszikus fizika korlátainak, a kvantummechanika és a klasszikus mechanika kapcsolatának ismertetése;
- 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 kvantumfizikai hátterének a megismertetéséhez, és kellő alapot nyújt a modern elektronikai eszközökben lezajló folyamatok megértéséhez.
