F 888

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:

  1. Ligação Química em Sólidos. Ligações covalente, iônica, metálica, ponte de hidrogênio, ligação de van der Waals.
  2. Estrutura de sólidos. Rede cristalina, estruturas cristalinas, simetria, grupos pontuais, grupos espaciais, diagramas de fases, defeitos.
  3. Difração. Teoria geral, rede recíproca, condição de Laue e lei de Bragg para difração, zonas de Brillouin, fator de estrutura, métodos de análise estrutural.
  4. 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.
  5. Elétrons em sólidos I: modelo de Sommerfeld. Gás de elétrons em poço infinito, estatística de Fermi, calor específico de elétrons livres em metais.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Semicondutores. Propriedades de alguns semicondutores selecionados. Semicondutores intrínsecos e dopados. Junção p-n. Heteroestruturas semicondutoras. Dispositivos.
  10. 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)

Lista3 (Ibach & Lüth, Cap. 7)

Lista4 (Ibach & Lüth, Cap. 9)

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

Prova 3 substitutiva – Folha de questões

Notas Finais (13/12)