Kwantowa Teoria Transportu Elektronowego

Sylabus
WYDZIAŁ FIZYKI
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Zakład Teorii Ciała Stałego
Stopień/tytuł naukowy
Imię
Nazwisko
Doktor
Marek
THOMAS
Kierunek studiów
Specjalność
Fizyka
Nanotechnologia
Nazwa przedmiotu
Rodzaj zajęć
KWANTOWA TEORIA TRANSPORTU
ELEKTRONOWEGO
Wykład (i ćwiczenia) kursowe
Liczba godzin:
Rok studiów/tryb
30 (+ 30)
Rok akademicki/Semestr
‘2009/10, sem. zimowy
IV r. studiów jednolitych,
magisterskich
Punkty ECTS
Zwięzły opis treści przedmiotu
Celem jest prezentacja teorii opisujących zjawiska transportu elektrycznego i
cieplnego w metalach; koncentruje się wokół opanowania umiejętności posługiwania
się aparatem matematycznym niezbędnym do efektywnego opisu zjawisk i procesów
związanych z analizą dynamiki elektronowej w metalach; wychodząc z teorii
najprostszych, fenomenologicznych i półklasycznych, poprzez analizę rozwiązań
równania Boltzmanna, do teorii liniowej reakcji i jej rozwinięć; ukazuje aspekty
nierównowagowe w opisie zjawisk transportu; przedstawia podstawowe efekty
termoelektryczne i termomagnetyczne.
Szczegółowa tematyka zajęć
1. Podstawy opisu dynamiki elektronów w metalach –
- teoria elektronowa ciał stałych; przybliŜenie adiabatyczne; ogólna
charakterystyka zjawisk transportu i ich opisu; podstawowe wielkości i relacje;
przewodnictwo elektryczne a przewodnictwo cieplne w metalach;
przewodnictwo ohmowe; omówienie danych eksperymentalnych; podstawowe
efekty termoelektryczne, zjawiska Seebecka, Peltiera i Thomsona;
przewodnictwo w polu magnetycznym; efekt Halla i towarzyszące mu zjawiska
termomagnetyczne, zjawiska Ettingshausena i Nernsta
2. Model elektronów swobodnych. Teorie Drudego-Lorentza i Sommerfelda –
- przewodnictwo elektryczne prądu stałego; dryft elektronów; relaksacja i jej
mechanizmy; przewodnictwo cieplne; przewodnictwo elektryczne prądu
zmiennego; fale gęstości ładunku, plazmony; kwantowy gaz elektronowy i
efekty kwantowe a przewodnictwo elektryczne, teoria Sommerfelda; braki
modelu elektronów swobodnych
3. Pasmowa teoria przewodnictwa. PrzybliŜenie kwaziklasyczne –
- ruch elektronów w pasmach; paczki falowe elektronów Blocha; dynamika
elektronów w ujęciu kwaziklasycznym; bierna rola pasm zapełnionych;
rozpraszanie elektronów w pasmach; oddziaływanie elektronów z siecią
4. Kwaziklasyczna teoria przewodnictwa metali. Równanie Boltzmanna –
- równanie Boltzmanna; przybliŜenie czasu relaksacji; metoda Chambersa;
„idealny” opór; rozpraszanie na domieszkach; przewodnictwo cieplne, prawo
Wiedemanna-Franza i liczba Lorenza; reguła Matthiessena; efekty
termoelektryczne; uwagi nt. przewodnictwa w polach magnetycznych
5. Wyjście poza przybliŜenie elektronów niezaleŜnych –
- ciecz Fermiego elektronów przewodnictwa; znaczenie zasady Pauliego dla
rozpraszania elektronów na elektronach o energiach bliskich energii Fermiego
6. Mechanika kwantowa a równanie Boltzmanna. Teoria reakcji liniowej –
- granice stosowalności równania Boltzmanna; równanie ruchu dla macierzy
gęstości; elementy teorii reakcji liniowej, opis przewodnictwa elektrycznego i
cieplnego; równowaŜność równania Boltzmanna i teorii funkcji korelacji w
przybliŜeniu słabych zaburzeń
7. Zjawiska transportu a termodynamika procesów nieodwracalnych –
- zjawiska termo -elektryczne i -magnetyczne raz jeszcze; współczynniki
kinetyczne i relacje Onsagera
Sposób oceniania (wymagania)
Egzamin ustny
Udział w ocenie
końcowej
podstawowy
Literatura podstawowa
1. Neil W. Ashcroft i N. David Mermin, Fizyka Ciała Stałego, PWN, Warszawa,
1986
2. J.M. Ziman, Wstęp do Teorii Ciała Stałego, PWN, Warszawa, 1977
3. Harald Ibach i Hans Lueth, Fizyka Ciała Stałego, Wydawnictwo Naukowe
PWN, Warszawa, 1996
Literatura rozszerzona
4. Charles Kittel, Wstęp do Fizyki Ciała Stałego, Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa, 1999
5. Frank J. Blatt, Fizyka Zjawisk Elektronowych w Metalach i Półprzewodnikach,
PWN, Warszawa, 1973
6. Sumner N. Levine, Fizyka Kwantowa w Elektronice, PWN, Warszawa, 1968
7. A.K. Wróblewski i J.A. Zakrzewski, Wstęp do Fizyki, t. 2., cz. 2., Wydawnictwo
Naukowe PWN, Warszawa, 1991