Fizika 3 - Villamosmérnöki mesterszak

2015. tavaszi félév

A Fizika 3 tárgy a kvantummechanikai elvekre épülő modern szilárdtestfizikába vezet be miközben számos korszerű elektronikai és nanotechnológiai alkalmazást is ismertet. Az előadások során csak fokozatosan épül fel a kvantumjelenségek értelmezését szolgáló -- sokak számára szokatlan -- matematikai apparátus.

Ajánlott irodalom:
Geszti Tamás - Kvantummechanika. Az előadásban lefedett anyag: a könyv 1-6 fejezete, valamint a 7,9,12 és 13 egyes alfejezetei.
Jelenségek, eszközök: Nanofizika tudásbázis
Kivonatok "bevezető" kvantummechanika jegyzetből
Kivonatok "haladó" kvantummechanika jegyzetből
Kedvcsináló: Mihály György: Mire jó a kvantumfizika?

A jegyzetelést elősegítő kivonatokat érdemes kinyomtatni (letölthetők lesznek az előadás címén keresztül), majd az előadáson erre jegyzetelni. Ezek önmagukban nem elegendőek a megértéshez, ahhoz a szóban elhangzó magyarázatokat is hallani kell – ezért érdemes előadásra járni. Az alábbi tematikában az előadás címek mellett szerepelnek a témához kapcsolódó fontosabb fogalmak, valamint (dőlt betűvel szedve) az előadáson ismertésre kerülő konkrét alkalmazások.

február 12. Bevezető előadás: szenzorok, nanoelektronika

február 19. Elektromágneses hullámok: foton fogalma, fotoeffektus, lézer, CCD kamera

február 26. Elektron hullámtermészete: interferencia, hullámfüggvény valószínűségi értelmezése, elektronmikroszkóp

március 5. Kristályok szerkezete - szimmetriák, szóráskísérletek: szerkezetmeghatározás Röntgen, elektron, és neutron-szórással, szintroton,

szabad-elektron lézer

március 12. Schrödinger-egyenlet - alagúteffektus: hely- és impulzus-operátorok, Hamilton-operátor, Flash-memória, STM

március 19. Operátorok alkalmazása a kvantummechanikában: mérések várható értéke, impulzusmomentum, léptető-operátorok, THz lézer

március 26. Kristályok dinamikája: fonon fogalma, rácsrezgések kvantáltsága, fajhő, rugalmatlan neutronszórási kísérletek

április 2. A kvantummechamikai rész összefoglalása + elektronok mágneses térben: pályimpulzus, Borh-magneton, elektron-spin

április 9. Szilárd testek sávszerkezete: fémek és félvezetők, effektív tömeg, elektron és lyukvezetés, nagy mobilitású eszközök

április 16. Ballisztikus és mezoszkópikus transzport: koherens elektronállapotok, Landauer-formalizmus, Aharonov-Bohm effektus

április 23. Makroszkópikus elektron-transzport: Botzman-egyenlet, fémek és félvezetők vezetőképessége,

április 30. Félvezető eszközök, nanoelektronika: heteroátmenetek, kvantum-dot, MOSFET, egyelektron tranzisztor, memrisztor

május 7. Mágnesség: ferro-, ferri- és antiferromágneses anyagok; ferromágnesség sáv-modellje; spintronika, spin-szelep, GMR, STT MRAM

május 14. Szupravezetés: zérus ellenállás, Meissner-effektus, fluxus-kvantálás, Josephson-effektus; SQUID, szupravezető alkalmazások

A tárgy adatai

Előadó: Mihály György(TTK Fizika Tanszék)
Tantárgykód: TE11MX01
Követelmények: 3/1/0/v
Kredit: 5
Nyelv: magyar

Félévközi számonkérések:

A félév során két zárthelyi dolgozat lesz: április 7-én (az 1-6 előadásokból) és április 30-án (a 7-11 előadásokból). Ezek egyenként 40% fölötti eredmény esetén eredményesek.
A zárthelyi dolgozatok értékelése:

• 2 (elégséges) 40% -
  
• 3 (közepes) 55% -
  
• 4 (jó) 70% -
  
• 5 (jeles) 85% -
  

Az aláírás feltétele mindkét ZH teljesítése minimum 40% -ra.
Két sikertelen zárthelyi dolgozat esetén (a TVSZ. 14. § 1a. pontjával összhangban) félévközi jegy nem szerezhető. A pótlási héten pótzárthelyi lehetõséget biztosítunk kizárólag az egyik zárthelyi dolgozat javítására.

Félév végi jegy: írásbeli vizsga
Az írásbeli vizsga után - a legalább 70% eredményt elérőknek - szóbeli vizsga lehetséges a jeles érdemjegyért.
Az írásbeli dolgozat értékelése:

• 2 (elégséges) 40% -
  
• 3 (közepes) 55% -
  
• 4 (jó) 70% -
  
• 5 (jeles) 85% -
  

Ha valaki a két évközi ZH-n egyenként minimum 50%-ot ér el, akkor megajánlott jegyet kap.
Az előadásokon jelenléti ívet vezetünk. Azok esetében, akik a foglalkozások 70%-án jelen voltak, a megajánlott jegy megállapításánál a két (egyenként eredményes) zárthelyi átlagához 10%-ot hozzáadunk, egyébként a zárthelyik átlagával számolunk.

Egyéb feltételek

Mindenki legfeljebb egy zárthelyit pótolhat, de azt esetleg kétszer

• két pótzárthelyit tartunk a szorgalmi időszakban, április 16-án az ZH1 pótlása, és május 15-én a ZH2 pótlása. Minden hallgató legfeljebb az egyiken vehet részt (akinek két sikertelen zh-ja van, nem kaphat aláírást)

• egy további pót-pótzárthelyit tartunk a pótlási héten (két feladatsorral, amelyiken mindenki a pótlandó (egy) zárthelyijét pótolhatja).

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.