Fizyka fazy skondensowanej II

KARTA KURSU DLA STUDIÓW DOKTORANCKICH- FIZYKA
Nazwa
Fizyka fazy skondensowanej II
Nazwa w j. ang.
Condensed Matter Physics II
Kod
Punktacja ECTS
Koordynator
Prof. dr hab. R. J. Radwanski
Zespół dydaktyczny
Prof. dr hab. R. J. Radwanski
3
Opis kursu (cele kształcenia)
Wykład wchodzi w skład szerokiego kursu współczesnej fizyki fazy skondensowanej (FFS ciała
stałego). Po wysłuchaniu kursu doktorant powinien umieć wykorzystać nabytą wiedzę do interpretacji
róŜnych zjawisk fizycznych ciał stałych, umieć ją praktycznie stosować oraz przekazywać innym.
Kurs będzie głównie poświęcony zapoznaniu doktorantów z własnościami magnetycznymi ciał
stałych i róŜnymi opisami teoretycznymi. Doktoranci zapoznani zostaną z aktualnym stanem
wiedzy o teorii pola krystalicznego i moŜliwości jej zastosowania do opisu układów d- i felektronowych (kryształy zawierające atomy grup 3d, 4f i 5f). Prezentowany opis teoretyczny
będzie ilustrowany licznymi przykładami eksperymentalnymi .
Efekty kształcenia
Efekt kształcenia dla kursu
Doktorant:
DKW01
DKW02
Wiedza
DKW03
DKW04
DKW05
DKW06
wie, Ŝe istnienie róŜnych związków w
przyrodzie jest efektem działania podstawowych praw fizyki, zna i rozumie istnienie
róŜnych związków chemicznych na bazie
informacji z tablicy Mendelejewa oraz rozumie
powiązanie FFS z Chemią ciała stałego.
wie jak przeprowadzić analizę związków
występujących w przyrodzie (metal, izolator,
półprzewodnik) ze szczególnym zwróceniem
uwagi na związki metali przejściowych z grup
Ŝelaza (3d), lantanowców (4f), aktynowców(5f)
zna podstawy struktury pasmowej i charakterystyki gazu Fermiego w Cu i Na, przerwa
energetyczna
zna istniejące tlenki Ŝelaza (FeO, Fe2O3,
Fe3O4), manganu (siedem) i tlenki
lantanowców (4f), ich strukturę krystalograficzną i magnetyczną.
Własności magnetyczne materii, dia-, para-,
ferro- i antyferromagnetyzm, prawo Curie
wie o istotnym niespełnianiu w realnych
związkach metali przejściowych praw
zachowań ciał pod względem elektrycznym,
magnetycznym (prawo Curie) i cieplnym
(prawa Debye’a i Dulong-Petit). CeMg3, ErNi5
Odniesienie do efektów
dla studiów doktoranckich
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04,D_W05
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W16
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05, D_W10,
D_W16
1
DKW07
DKW08
DKW09
DKW10
DKW11
DKW12
DKW13
DKW14
DKW15
zna strukturę elektronową atomu wodoru, pole
nadsubtelne i moment magnetyczny, atom
wieloelektronowy (sód, Cu, Ag)
zna budowę i strukturę elektronową atomu
wieloelektronowego z otwartą powłoką 3d i 4f
w róŜnych skalach energetycznych.
zna termy i multiplety dla atomów z grupy 3d i
grupy 4f; zna wpływ relatywistycznego
oddziaływania spin-orbita na strukturę stanów
energetycznych; zna trzy reguły Hunda – term
i multiplet podstawowy.
rozumie fizyczne mechanizmy usuwania w
róŜnych przemianach i procesach fizycznych
(dystorsje sieci krystalograficznej) degeneracji
stanów i ich wpływ na własności ciał.
rozumie genezę ciepła Schottky’ego. CeMg3,
ErNi5
zna wpływ pola krystalicznego w krysztale na
stany energetyczne; wie o tworzeniu niskoenergetycznej struktury elektronowej w skali
meV (subtelna struktura elektronowa).
zna właściwości magnetyczne ciał, moment
magnetyczny, spinowy i orbitalny.
wie o powiązaniu makroskopowych
właściwości ciał z niskoenergetyczną strukturą
elektronową.
zna wpływ temperatury na właściwości cieplne
i magnetyczne związków zawierających atomy
metali przejściowych.
Efekt kształcenia dla kursu
Doktorant:
DKU01
DKU02
Umiejętności
DKU03
DKU04
DKU05
DKU06
umie omówić istnienie róŜnych związków w
przyrodzie jako efekt działania podstawowych
praw fizyki, umie omówić istnienie róŜnych
związków chemicznych na bazie informacji z
tablicy Mendelejewa oraz umie powiązać FFS
z Chemią ciała stałego.
umie przeprowadzić analizę związków
występujących w przyrodzie (metal, izolator,
półprzewodnik) ze szczególnym zwróceniem
uwagi na związki metali przejściowych z grup
Ŝelaza (3d), lantanowców (4f), aktynowców(5f)
umie podstawy struktury pasmowej i
charakterystyki gazu Fermiego w Cu i Na,
przerwa energetyczna
umie omówić istniejące tlenki Ŝelaza (FeO,
Fe2O3, Fe3O4), manganu (siedem) i tlenki
lantanowców (4f), ich strukturę krystalograficzną i magnetyczną.
umie omówić własności magnetyczne materii,
dia-, para-, ferro- i antyferromagnetyzm,
prawo Curie
umie omówić niespełnianie w realnych
związkach metali przejściowych praw
zachowań ciał pod względem elektrycznym,
magnetycznym (prawo Curie) i cieplnym
(prawa Debye’a i Dulong-Petit). CeMg3, ErNi5
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05, D_W10,
D_W16
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05, D_W16
D_W05, D_W10,
D_W05, D_W10, D_W16
D_W05, D_W16
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05, D_W16
DW05, DW10, DW16
DW01, DW02, DW03,
DW04, DW16
DW05, DW10,
Odniesienie do efektów
dla studiów doktoranckich
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U07, D_U14, D_U15
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U07, D_U14, D_U15,
D_U20
D_U06, D_U07, D_U14,
D_U15, D_U20
D_U14, D_U15, D_U20
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U14
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U14
2
DKU07
DKU08
DKU09
DKU10
DKU11
DKU12
DKU13
DKU14
DKU15
umie omówić strukturę elektronową atomu
wodoru, pole nadsubtelne i moment
magnetyczny, atom wieloelektronowy (sód,
Cu, Ag)
umie omówić budowę i strukturę elektronową
atomu wieloelektronowego z otwartą powłoką
3d i 4f w róŜnych skalach energetycznych.
umie wyznaczyć termy i multiplety dla
atomów z grupy 3d i grupy 4f; potrafi
uwzględnić wpływ relatywistycznego
oddziaływania spin-orbita na strukturę stanów
energetycznych; zna trzy reguły Hunda – term
i multiplet podstawowy.
umie omówić fizyczne mechanizmy usuwania
w róŜnych przemianach i procesach
fizycznych (dystorsje sieci krystalograficznej)
degeneracji stanów i ich wpływ na własności
ciał.
umie omówić genezę ciepła Schottky’ego.
CeMg3, ErNi5
umie omówić wpływ kwadrupolowego pola
krystalicznego w krysztale na stany
energetyczne; wie o tworzeniu niskoenergetycznej struktury elektronowej w skali
meV (subtelna struktura elektronowa).
umie omówić właściwości magnetyczne ciał,
moment magnetyczny, spinowy i orbitalny.
umie powiązać makroskopowe właściwości
ciał z niskoenergetyczną strukturą
elektronową.
umie omówić wpływ temperatury na
właściwości cieplne i magnetyczne związków
zawierających atomy metali przejściowych.
Efekt kształcenia dla kursu
Doktorant:
DKSK01
DKSK02
DKSK03
Kompetencje
społeczne
DKSK04
DKSK05
DKSK06
korzysta z róŜnych źródeł informacji w tym
literatury fachowej w celu podnoszenia
poziomu wiedzy i umiejętności, nabywa
nawyku permanentnego uzupełniania swojej
wiedzy
umiejętnie prezentuje oraz uzasadniania
swoje poglądy naukowe
ma świadomość znaczenia podejmowania
badań naukowych w dziedzinie fizyki dla
rozwoju nauki i rozwoju cywilizacyjnego
krytycznie ocenia swoją pracę, potrafi ocenić
poziom swoich kwalifikacji i kompetencji
zawodowych
ma umiejętność wykorzystania swojej wiedzy
do rozwiązywania problemów w sposób
twórczy i operatywności w rozwiązywaniu
trudnych, niestandardowych zadań
wykazuje umiejętność rozumienia i
stosowania w praktyce zdobytej wiedzy
przedmiotowej rozumie rolę współpracy
pomiędzy przemysłem a nauką
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U14
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U14, D_U17
D_U02, D_U03, D_U06
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U10
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U10
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U07, D_U10
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U07
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U07
D_U02, D_U03, D_U06,
D_U07
Odniesienie do efektów
dla studiów doktoranckich
D_K01, D_K02, D_K03,
D_K04
D_K05
D_K09
D_K09, D_K10
D_K10, D_K12
D_K19
3
Organizacja
Forma zajęć
zajęcia w grupach
Wykład
(W)
A
Liczba godzin
K
L
S
P
Z
30
Opis metod prowadzenia zajęć
Zajęcia prowadzone są w formie - pół-wykładów, pół-seminariów. Doktoranci aktywizowani są samodzielnego rozwiązywania postawionych problemów, oraz udziału w dyskusji prezentowanych zagadnień.
Forma zaliczenia
kursu
Kryteria oceny
Egzamin
Zaliczenie z oceną
Zaliczenie
X
Wykonanie krótkiego opracowania opisu właściwości wybranego związku
zawierającego atom metalu przejściowego np. CoO, FeO, CoAs, FeS, Fe3O4, Fe2O3,
ErNi5, UPd2Al3, DyAl2, NdAl2, FeSe, BaFe2As2, . Egzamin pisemny i ustny.
100 – 81% - bdb, 80 – 61% - db, 60 – 50% - dst
Uwagi
Treści merytoryczne (wykaz tematów)
1. Istnienie róŜnych związków w przyrodzie jako efekt działania podstawowych praw fizyki, analiza
związków występujących w przyrodzie, ze szczególnym zwróceniem uwagi na związki metali
przejściowych z grup Ŝelaza (3d), lantanowców (4f) i aktynowców (5f).
2. Istnienie róŜnych związków chemicznych na bazie informacji z tablicy Mendelejewa. Tlenki Ŝelaza (FeO,
Fe2O3, Fe3O4), manganu (siedem) i tlenki lantanowców (4f).
3. Struktura krystalograficzna i magnetyczna tlenków Ŝelaza. Magnetyzm. Dia-, para-, ferro- i
antyferromagnetyzm. Prawo Curie. CeMg3
4. Istotne niespełnianie w szeregu realnych związków metali przejściowych podstawowych zachowań ciał
pod względem elektrycznym, magnetycznym (prawo Curie) i cieplnym (prawa Debye’a i Dulong-Petit).
5. Struktura elektronowa atomu wodoru, moment magnetyczny i pole nadsubtelne na jądrze. Atom
wieloelektronowy (Na, Cu, Ag) i obliczenie charakterystyk gęstości elektronowej ich metali.
6. Struktura elektronowa atomu wieloelektronowego z otwartą powłoką 3d, 4f i 5f. Termy i multiplety dla
atomów z grupy 3d i grupy 4f.
7. Relatywistyczne oddziaływanie spin-orbita a struktura stanów energetycznych.
8. Trzy reguły Hunda – term i multiplet podstawowy.
9. Usuwanie degeneracji stanów w róŜnych przemianach i procesach fizycznych (dystorsje sieci
krystalograficznej).
10. Powiązanie makroskopowych właściwości ciał z niskoenergetyczną strukturą elektronową. Obliczanie
ciepła Schottky’ego. CeMg3
11. Niskoenergetyczna struktura elektronowa w skali meV (subtelna struktura elektronowa) jako efekt pola
krystalicznego w krysztale. CeMg3, ErNi5,
12. Twierdzenie Kramersa, Pole krystaliczne róŜnej symetrii. Uporządkowanie magnetyczne jako
spontaniczne łamanie symetrii. Magnetyczne przejścia fazowe: CeMg3, ErNi5, NdAl2
13. Właściwości magnetyczne ciał w skali atomowej, moment magnetyczny, spinowy i orbitalny.
14. Stan magnetyczny jako makroskopowy efekt kwantowy, moment magnetyczny z funkcji falowej atomu.
15. Wpływ temperatury na właściwości elektronowe i magnetyczne CeMg3, ErNi5, NdAl2. .
Wykaz literatury podstawowej
C. Kittel – Wstęp do Fizyki ciała stałego; P. K. Das i wsp. Phys. Rev. B 83 (2011) 134416;
R. J. Radwanski i wsp., J. Phys.:Condens. Matter 4 (1992) 8853.
Wykaz literatury uzupełniającej
1. H. Ibach, H. Luth – Fizyka ciała Stałego
2. F. A. Cotton, G. Wilkinson, P. Gaus – Chemia nieorganiczna
3. H. Haken. H. C. Wolf – Atomy i kwanty
4. Chemia dla szkół średnich część 1 A.Bogdańska Zarembina, E.I.Matuszewicz i J.Matuszewicz Wyd.
Szkolne i Pedag. W-wa 1997
4