Διδασκόμενη ύλη

Η κρίση της Κλασικής Φυσικής και η παλιά κβαντική θεωρία

• Ο κυματοσωματιδιακός δυισμός του φωτός: ακτινοβολία μέλανος σώματος, φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, φαινόμενο Compton, κυματοσωματιδιακός δυισμός του φωτός.
• Ο κυματοσωματιδιακός δυισμός της ύλης: Ατομικά φάσματα, θεωρία του Bohr, η υπόθεση των υλικών κυμάτων (κύματα de Broglie).

Εισαγωγή στη Σύγχρονη Κβαντομηχανική

• Σύγχρονη Κβαντομηχανική στη μία διάσταση: Εξίσωση Schrödinger στη μία διάσταση, κυματοσυνάρτηση και η στατιστική της ερμηνεία. Εφαρμογή στο απειρόβαθο πηγάδι δυναμικού.
• Αρχή αβεβαιότητας θέσης-ορμής, φυσική ερμηνεία της και συνέπειές της (ατομική σταθερότητα, τάξη μεγέθους ατομικών και πυρηνικών ενεργειών κοκ.)
• Απλά μονοδιάστατα κβαντομηχανικά συστήματα και η κβάντωση της ενέργειας: Το απειρόβαθο πηγάδι (επανεξέταση), το πεπερασμένο πηγάδι (ποιοτική μελέτη), ο αρμονικός ταλαντωτής, το σκαλοπάτι δυναμικού, το ορθογώνιο φράγμα δυναμικού και το φαινόμενο σήραγγας.
• Κβαντομηχανική στις τρεις διαστάσεις: Εξίσωση Schrödinger στις τρεις διαστάσεις. Το άτομο του Υδρογόνου (σφαιρικά συμμετρικές λύσεις, μελέτη της θεμελιώδους κατάστασης, στοιχειώδης μελέτη των καταστάσεων με γωνιακή εξάρτηση). Άτομο σε μαγνητικό πεδίο. Spin και η απαγορευτική αρχή του Pauli. Πολυηλεκτρονικά άτομα. Το περιοδικό σύστημα των στοιχείων. Κανόνες επιλογής ατομικών μεταβάσεων.

Η Κβαντομηχανική σε πιο σύνθετα συστήματα (συνοπτικά και κυρίως ποιοτικά)

• Μόρια: Η στοιχειώδης θεωρία του χημικού δεσμού, απλά μόρια (H2, H2O). Το φαινόμενο του υβριδισμού. Περιστροφή και ταλάντωση διατομικών μορίων, μοριακά φάσματα.
• Στερεά: Η θεωρία των ενεργειακών ζωνών. Ενέργεια Fermi. Αγωγοί, ημιαγωγοί, μονωτές και η αγωγιμότητά τους. Νόθευση ημιαγωγών και εφαρμογές (σύντομη περιγραφή).

Ιστοσελίδα μαθήματος

Το eclass του μαθήματος.

Άλλη ιστοσελίδα.

Μαθησιακά αποτελέσματα

Το μάθημα είναι μια εισαγωγή στην Κβαντική Μηχανική και τις εφαρμογές της σε απλά, βασικά συστήματα, ουσιώδη για την μελέτη και κατανόηση της δομής της ύλης.

Οι μαθησιακοί στόχοι τους οποίους οι φοιτητές στο τέλος του μαθήματος θα πρέπει να έχουν επιτύχει είναι οι εξής:

• Να γνωρίζουν, να κατανοούν και να μπορούν να χρησιμοποιούν όλες τις έννοιες που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια του μαθήματος και που αφορούν την συμπεριφορά της ύλης σε μικροσκοπική κλίμακα.
• Να μπορούν να χρησιμοποιούν τις έννοιες που διδάχθηκαν και τις γνώσεις που αποκόμισαν για τη μελέτη και κατανόηση/ερμηνεία της συμπεριφοράς πιο σύνθετων συστημάτων από αυτά που παρουσιάστηκαν στο μάθημα (π.χ. σύνθετα άτομα, μόρια και φάσματά τους, μαγνητικά υλικά, αλληλεπίδραση ύλης και ακτινοβολίας, κ.ά.) τα οποία είναι θεμελιακά σε πολλούς τομείς της Επιστήμης Υλικών.
• Να μπορούν να μελετήσουν μόνοι τους (με τις βάσεις που αποκόμισαν στο μάθημα) πιο σύνθετα και προχωρημένα θέματα Κβαντομηχανικής και Δομής της Ύλης τα οποία ίσως απαιτούνται για τη μελέτη ειδικών θεμάτων Επιστήμης Υλικών.

Το μάθημα σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πλαίσιο Προσόντων Δια Βίου Μάθησης είναι επιπέδου 6 ως μάθημα πρώτου κύκλου σπουδών.

Μέθοδοι Aξιολόγησης

Η αξιολόγηση των φοιτητών γίνεται με

• τελική γραπτή εξέταση
• ενδιάμεση προαιρετική εξέταση – Πρόοδος

Όλες οι εξετάσεις είναι στα ελληνικά και συνίστανται σε επίλυση ασκήσεων με επιλογή πολλαπλών απαντήσεων.

Οι φοιτητές έχουν δικαίωμα να δουν τα γραπτά και τους βαθμούς τους μετά το πέρας της κάθε αξιολόγησης.

Βιβλιογραφία

• Σημειώσεις μαθήματος από εδώ.
• Υλικό του διαδικτυακού μαθήματος της πλατφόρμας Mathesis «Εισαγωγή στην Κβαντική Φυσική I: Οι βασικές αρχές» από εδώ, διδάσκων Στέφανος Τραχανάς
• Υλικό του διαδικτυακού μαθήματος μαθήματος της πλατφόρμας Mathesis «Εισαγωγή στην Κβαντική Φυσική II: Οι βασικές εφαρμογές» από εδώ, διδάσκων Στέφανος Τραχανάς
• Στ. Τραχανάς, Κβαντομηχανική Ι, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης 2005 Ηράκλειο.
• Στ. Τραχανάς, Στοιχειώδης Κβαντική Φυσική (ηλεκτρονικό βιβλίο).
• R. Serway, Physics for Scientists and Engineers, Tόμος IV, Mετάφραση και έκδοση Λ. Pεσβάνη
• R. Eisberg, R. Resnick, Quantum Physics of Atoms, molecules, solids and particles, Wiley, London (1974)
• R. Feynman, Leighton and R. Sands, The Feynman Lectures in Physics, Tόμος III, Addison-Wesley, Reading (1965)