Fasta tillståndets fysik 2022

MATR-309 Fasta tillståndets fysik 2022

Föreläsare: Prof. Kai Nordlund

Räknesmedjeassistent: Fil. mag. Aslak Fellman


Kursen hålls våren 2022 som en digitaliserad nätkurs enligt en variant av det "flippade klassrummet". Föreläsningarna ges som nätmaterial som vanliga PDF-anteckningar samt youtube-videon. Materialet diskuteras med ung. två veckors mellanrum med föreläsaren. Övningarna sköts enligt räknesmedje-systemet normalt.

Närvaro i diskussionstillfällena är obligatorisk (minst. 85% av gångerna) för genomgång av kursen. Under diskussionen kan eleverna fråga frågor om kapitlen tillfället berör, eller be om att någon del förklaras pånytt bättre än i videoföreläsningen. Alla elever skall ha minst 2 frågor under tillfället -- om allt är mot förmodan klart som korvspad, kan ni be om att berätta mer om något som var speciellt intressant .

Tidtabell

Dä kursen hålls som digital kurs, har den en tidtabell som avviker från det normala. De fysiska mötestiderna är de följande:

Räknesmedjor i Acceleratorlabbets seminariesal

Diskussionstillfällen med föreläsaren i Acceleratorlabbets seminarierum


Räknesmedjor

Räknesmedja-systemet

Räkneövningarna utförs enligt räknesmedja-systemet (finska laskupaja) på följande sätt: Räkneuppgifterna ges ut några dagar före övningstillfället så att studerandena kan bekanta sig med uppgifterna. Sedan kan de börja räkna på dem tillsammans under tillfället då assistenten är närvarande och kan ge tips vid behov. Efter övningsstillfället skall varje studerande returnera de personliga lösningarna till assistenten före nästa tillfälle. Vid övningsstillfället returnerar assistenten korrigerade uppgifter, och går igenom eventuella svåra punkter i början av tillfället. Om det visar sig att 2 timmar inte räcker, kan övningen förlängas till 3 timmar.

  • Räkneövningarna finns på kursens moodle-sida

    Lösningarna ges under räknesmedjeturen. Lösningar kommer i normala fall inte till webben.

    Bonus: reciprok räkneövning: Varje studerande på kursen ombeds fram till nästsista räknesmedjan XX.4 komma på två nya egna räkneövningar från kapitel 1-12 i föreläsningarna. Därefter skall de andra studerande lösa dessa övningar till det sista räknesmedjetillfället. Uppgifterna ges poäng subjektivt efter hur krävande, uppfinningsrika och relevanta de är -- om du tycker någon del av kursen hade för få övningar kan du alltså förbättra själv på detta. Men notera att om uppgiften är alltför krävande, blir du inte populär bland dina medstuderande!

    Lämna in dessa 2 övningar jämte deras lösningar konfidentiellt till assistent senaste 23.4 per elpost eller papper.

    Givetvis får ni också poäng för de lösta uppgifterna.


    Föreläsningsanteckningar

    Poängtera gärna om fel till föreläsaren. Anteckningarna kommer att uppdateras litet under kursens lopp, så det lönar sig inte att printa dem ut mycket i förväg.

  • [PDF] 0. Översikt
  • [PDF] 1. Kristallstrukturer
  • [PDF] 2. Röntgendiffraktion
  • [PDF] 3. Defekter i kristaller
  • [PDF] 4. Atomers växelverkningsmodeller: varför hålls material ihop
  • [PDF] 5. Fasta ämnens elastiska egenskaper (hårdhet o. dyl)
  • [PDF] 6. Kristalldynamik (gittervibrationer, ljud, och fononer)
  • [PDF] 7. Anharmoniska effekter
  • [PDF] 8. Fri-elektron-modellerna
  • [PDF] 9. Periodiska potentialer
  • [PDF] 10. Den semiklassiska modellen för elektrondynamik
  • [PDF] 11. Halvledare
  • [PDF] 12. Kort om modern halvledarteknologi
  • [PDF] 13. Elektriska egenskaper hos isolatorer
  • [PDF] 14. Para- och diamagnetism
  • [PDF] 15. Ferromagnetism
  • [PDF] 16. Supraledande material
  • [PDF] 17. Kort sammanfattning


    Bonusmaterial

  • Föredrag om nobelpriset 2010 för grafen
  • Föredrag om nobelpriset 2011 för kvasikristaller
  • Föredrag om nobelpriset 2014 för GaN


    Kursen baserar sig till stor del på kursen jag höll 2015 och 2017,

  • Föreläsningsanteckningar för FTF 2015
  • Föreläsningsanteckningar för FTF 2017
  • Föreläsningsanteckningar för FTF 2019

    som igen i vissa delar baserar sig på Dan Olof Riskas kurs i Faststoffysik 1993:

  • Föreläsningsanteckningar för FSF 1993


    Kursbeskrivning

    Fasta tillståndets fysik, 10 sp

    Undervisningsperiod: vårterminen, period III och IV

    Plats: Seminarierummet i Acceleratorlaboratoriet (Pehr Kalms gata 2).

    Första föreläsningen: Ti 15.1 klo. 12-14

    Omfattning: 56 timmar föreläsningar, 28 timmar övningar

    Tidpunkt i studierna: 3. eller 4. studieåret.

    Förkunskaper: Termofysik, Materiens Struktur I-II

    Undervisningsspråk: Svenska. Mellanförhör kan även avläggas på finska eller engelska.

    Kursbeskrivning: Kursens målsättning är att beskriva de fysikaliska grunderna för fasta ämnens egenskaper. Under kursen behandlas gitterstruktur och -dynamik, ämnens elastiska egenskaper, gitterdefekter, fri-elektronmodellen, periodiska atompotentialer och energiband, halvledare och deras tillämpningar, supraledning, diffraktion av elektromagnetisk strålning, neutroner och elektroner från fasta ämnen, det reciproka gittret och Fermi-ytan.

    Trots att detta är en grund-laudaturkurs, anknyter ämnena som behandlas direkt med modern materialfysik och nanoteknologi, som till stor del baserar sig på det som behandlas under kursen. Anknytning till aktuell forskning tas upp under kursens lopp.

  • Detaljerad kursplan

    Litteratur: Kursbok: R. Hook and H. E. Hall, Solid State Physics (Wiley, 2nd Ed., 1993).

    Som stöd kan användas Ashcroft and Mermin: Solid State Physics (Saunders, 1976) (£13.50+shipping på amazon.co.uk 2.2.2015) och Kittel: Introduction to Solid State Physics (Wiley, 7th ed., 1996). (£37.70+shipping på amazon.co.uk 2.2.2015). Vissa saker som anknyter till materialvetenskap finns också bra beskrivna i Callister: Materials Science and Engineering: An introduction (John Wiley & Sons, 1994). Men boken Hook och Hall samt föreläsningsanteckningarna bör räcka för genomförande av kursen.

    Bedömning: Kursen avläggs på delförhör (eller sluttentamen).

    Tillägskommentarer: Kursen rekommenderas för alla studerande med intresse för fasta ämnens fysik, röntgenfysik, materialvetenskap eller nanoteknologi.



    Tilläggsmaterial i webben

    Länkar 2015:

  • Wolfram research: Reciprocal space

    Gamla länkar:

  • International Technology Roadmap for Semiconductors

  • ENGR 321: Introduction to Materials Science Har en del trevliga lösta hemuppgifter
  • WebElements
  • Britney Spears teaches semiconductor physics
    Mera material kommer till sidorna då kursen närmar sig och under kursens lopp
    Kai Nordlund