F 888 – Física do Estado Sólido
Segundo semestre de 2018
Prof. Eduardo Granado
Ementa: O problema geral do sólido e suas aproximações. Movimento de caroços e movimento de elétrons: visão puramente conceitual da aproximação adiabática Born-Oppenheimer. Revisão de estatística quântica: distribuições de Fermi-Dirac, Bose-Einstein e aplicações. Moléculas: ligações e espectros moleculares. Estrutura cristalina e rede recíproca. Condutores, semicondutores, supercondutores. Propriedades magnéticas.
Horários e Local: Segundas e Quartas, 10-12hs, IF-12. Plantões de dúvidas às Quintas, 12-13hs, sala 220 do DEQ (PS: Não haverá aulas nos dias 15/08 e 10/10).
Avaliação: Três provas com pesos iguais (P1 em 10/09, P2 em 17/10 (nova data: 22/10), e P3 em 28/11). Prova substitutiva em 05/12, aberta a todos os alunos que não tenham feito uma prova ou queiram substituir a nota de uma das provas. Se média parcial < 7.0, é obrigatória a realização de exame final (12/12).
OBS: É obrigatório confirmar por escrito participação na prova substitutiva até 03/12, enviando email para egranado@ifi.unicamp.br, indicando explicitamente na mensagem qual prova será substituída (P1, P2 ou P3). Serão elaboradas três substitutivas com a matéria correspondente de cada prova, e aplicadas em paralelo. Importante: uma vez realizada, a prova sub irá substituir a original mesmo em caso de decréscimo na nota.
PS: Conforme acertado com a turma na aula de 17/09, uma quarta nota, baseado em listas de exercícios, poderá ser utilizada no cômputo da média, com mesmo peso que a nota de uma prova. Cada problema de cada lista deverá ser resolvido em folhas separadas. Na última aula do curso (26/11) serão anunciados quatro problemas a serem entregues imediatamente. As soluções devem estar manuscritas (com a letra do aluno), portanto soluções em xerox ou digitadas não serão aceitas. Os alunos que não desejarem contar com a nota da lista, mantendo a média das três provas apenas, basta não entregar os problemas escolhidos no dia 26/11.
Bibliografia:
- H. Ibach e H. Lüth, Solid State Physics: an Introduction to Principles of Materials Science, Fourth edition (Springer, 2009) – e-book disponível via Sistema SBU da Unicamp.
- C. Kittel, Introdução à Física do Estado Sólido, Oitava edição (LTC, 2006).
Programa detalhado:
- Ligação Química em Sólidos. Ligações covalente, iônica, metálica, ponte de hidrogênio, ligação de van der Waals.
- Estrutura de sólidos. Rede cristalina, estruturas cristalinas, simetria, grupos pontuais, grupos espaciais, diagramas de fases, defeitos.
- Difração. Teoria geral, rede recíproca, condição de Laue e lei de Bragg para difração, zonas de Brillouin, fator de estrutura, métodos de análise estrutural.
- Dinâmica de átomos em cristais. Aproximação adiabática de Born-Oppenheimer, equações de movimento, rede linear diatômica, espectroscopia de fônons, propriedades elásticas. Propriedades térmicas: estatística de Bose e calor específico de fônons.
- Elétrons em sólidos I: modelo de Sommerfeld. Gás de elétrons em poço infinito, estatística de Fermi, calor específico de elétrons livres em metais.
- Elétrons em sólidos II: Estruturas de bandas em sólidos. Teorema de Bloch, aproximação do elétron quase-livre, aproximação “tight binding”, exemplos de estruturas de bandas, superfícies de Fermi, densidade de estados.
- Magnetismo. Diamagnetismo, paramagnetismo, interação de troca, ferromagnetismo, modelo de Stoner para metais, antiferromagnetismo, ferrimagnetismo, difração magnética (nêutrons e raios-X), ondas de spin, anisotropia magnetocristalina, paredes de domínio. Ressonância magnética.
- Fenômenos de transporte eletrônico. Correntes em bandas, buracos, espalhamento de elétrons, equação de Boltzmann. Efeito Hall e magnetorresistência. Modelo de Drude. Efeitos termoelétricos, efeito Seebeck. Oscilações quânticas.
- Semicondutores. Propriedades de alguns semicondutores selecionados. Semicondutores intrínsecos e dopados. Junção p-n. Heteroestruturas semicondutoras. Dispositivos.
- Supercondutividade. Fatos básicos, efeito Meissner. Descrição fenomenológica, equações de London. Supercondutores tipo-II. Gap supercondutor e pares de Cooper. Espectro de excitações. Supercorrente e corrente crítica. Supercondutores a altas temperaturas.
Problemas sugeridos:
Tópico 1: Ibach & Lüth, 1.1(a), 1.3, 1.7, 1.8, 1.9, 1.10, 1.11
Tópico 2: Ibach & Lüth, 2.2, 2.3, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9
Tópico 3: Ibach & Lüth 3.1, 3.2, 3.3 (equivalente a Kittel 2.5), 3.5. 3.7(a), 3.8 (equivalente a Kittel 2.4). Demonstrar que a rede recíproca de uma rede FCC é uma rede BCC, e vice-versa (vide Kittel, Cap. 2).
Tópico 4 – Parte I (Prova 1): Ibach & Lüth 4.4, 4.5, 4.9, 4.10
Listas de exercícios (pós-prova 1)
Lista1 (Ibach & Lüth, Cap. 5; Kittel, Cap. 5)
Lista2 (Ibach & Lüth, Cap. 6; Kittel, Cap. 6)
Lista 5 (Ibach & Lüth, Caps. 8 e 10)
Material Suplementar: Aula27_Slides_Magnetismo
Provas e Gabaritos
Prova 1 – Folha de questões e gabarito
Prova 2 – Folha de questões e gabarito
Prova 3 – Folha de questões e gabarito
Prova 1 substitutiva – Folha de questões
Prova 2 substitutiva – Folha de questões
