Φυσική στερεάς κατάστασης

Το μάθημα αποτελεί μια εισαγωγή στη σύνδεση μεταξύ ατομικής δομής και μακροσκοπικών ιδιοτήτων των στερεών. Περιλαμβάνει μια εκτενή εισαγωγή σε περιοδικές συναρτήσεις τριών μεταβλητών, πλέγματα Bravais κλπ. Μέσα από δυο απλά μοντέλα, του ομοιογενούς στερεού (Jellium) και του συνδυασμού ατομικών τροχιακών (LCAO) εισάγονται σταδιακά όλες οι βασικές ιδιότητες των κρυσταλλικών στερεών: μηχανικές, θερμικές, ηλεκτρικές, οπτικές και μαγνητικές, και αναδεικνύονται οι σχέσεις μεταξύ ποσοτήτων που περιγράφουν τα διάφορα φαινόμενα.

Στόχοι Μαθήματος

Οι εκπαιδευόμενοι/ες θα έχουν μάθει να υπολογίζουν προσεγγιστικά την πυκνότητα, απόσταση γειτονικών ατόμων, μέτρο ελαστικότητας, θερμοχωρητικότητα, διηλεκτρική σταθερά, δείκτη διάθλασης, μαγνητοαντίσταση σε απλά στερεά.

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Το μάθημα προϋποθέτει μια καλή γνώση εισαγωγικής κβαντομηχανικής (κυματοσωματιδιακός δυϊσμός, άτομο υδρογόνου, ενέργεια του αρμονικού ταλαντωτή, μοριακός δεσμός), στο επίπεδο ενός μαθήματος 'Σύγχρονης Φυσικής' που διδάσκεται στα πρώτα έτη στα περισσότερα τμήματα Φυσικής ή Χημείας ή Υλικών. Θα βοηθούσε πολύ τον/την εκπαιδευόμενο να έχει προηγουμένως παρακολουθήσει επιτυχώς εισαγωγικά μαθήματα Επιστήμης Υλικών ή/και Στατιστικής Φυσικής, παρότι κάτι τέτοιο δεν είναι προαπαιτούμενο. - Σύγχρονη Φυσική, ή – Φυσική ΙΙ, ή - Εισαγωγή στη Σύγχρονη Φυσική.

Περιεχόμενα

- Οι βασικές φυσικές ιδιότητες των στερεών. Διαστατική ανάλυση και εκτιμήσεις τάξης μεγέθους. - Κρυσταλλικά πλέγματα και περιοδικότητα. Πλέγματα Bravais και σύνθετα. Διανύσματα πλέγματος και βάσης. Το αντίστροφο πλέγμα και η ζώνη Brillouin. Tο θεώρημα Bloch. - Tο μοντέλο ομοιογενούς στερεού (jellium) και υπολογισμοί πρώτων αρχών για την ενέργεια συνοχής, πυκνότητα και μέτρο ελαστικότητας. - Κίνηση Ηλεκτρονίων στο ομοιογενές στερεό- μοντέλο Fermi. - Κίνηση ιόντων στο ομοιογενές στερεό – μοντέλο Debye. - Θερμικές ιδιότητες των στερεών. - Κίνηση ηλεκτρονίων και ιόντων σε ρεαλιστικά υλικά. - Ηλεκτρικές, μαγνητικές και οπτικές ιδιότητες.