Διδασκόμενη ύλη

Το μάθημα αποτελεί μια εισαγωγή στη σύνδεση μεταξύ ατομικής δομής και μακροσκοπικών ιδιοτήτων των στερεών. Περιλαμβάνει μια εκτενή εισαγωγή σε περιοδικές συναρτήσεις τριών μεταβλητών, πλέγματα Bravais και κρυσταλλικές δομές. Εν συνεχεία, εισάγονται σταδιακά όλες οι βασικές ιδιότητες των κρυσταλλικών στερεών: μηχανικές, θερμικές, ηλεκτρικές, οπτικές και μαγνητικές, και αναδεικνύονται οι σχέσεις μεταξύ ποσοτήτων που περιγράφουν τα διάφορα φαινόμενα.

Περιεχόμενα μαθήματος:

Εισαγωγικές έννοιες

• Χημικοί δεσμοί στα στερεά. Δομή και βασικές φυσικές ιδιότητες των στερεών. Εκτιμήσεις τάξης μεγέθους των βασικών ποσοτήτων.

Δομή κρυσταλλικών στερεών

• Περιοδικότητα: Ορισμός περιοδικότητας σε τρεις διαστάσεις, πλέγματα Bravais, κρυσταλλικά πλέγματα, διανύσματα πλέγματος. Το αντίστροφο πλέγμα και η ζώνη Brillouin. Tο θεώρημα Bloch.
• Κίνηση Ηλεκτρονίων: εξίσωση Σρέντιγκερ στο ομοιογενές στερεό (Jellium)- μοντέλο Fermi. Δομή ενεργειακών ζωνών.
• Κίνηση ιόντων: εγκάρσια και διαμήκη κύματα, θερμική κίνηση και κβαντική κίνηση μηδενικού σημείου. Φωνόνια στο ομοιογενές στερεό – μοντέλο Debye.

Απόκριση κρυσταλλικών στερεών

• Πίεση: επίδραση της μηχανικής παραμόρφωσης στην ατομική και ηλεκτρονική δομή. Μέτρα ελαστικότητας.
• Θερμοκρασία: επίδραση της θερμοκρασίας στην ατομική και ηλεκτρονική δομή. Θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα.
• Ηλεκτρικό πεδίο: ηλεκτρική αγωγιμότητα, διηλεκτρική σταθερά στο μοντέλο Drude. Πλασμόνια.
• Μαγνητικό πεδίο: φαινόμενο Hall, μαγνητοαντίσταση.

Ιστοσελίδα μαθήματος

Το eclass του μαθήματος.

Μαθησιακά αποτελέσματα

Οι φοιτητές με το πέρας του μαθήματος αναμένεται να:

1. Εξοικειωθούν με τις ποσότητες που δείχνουν αν ένα υλικό είναι: (α) σκληρό ή μαλακό (β) θερμαίνεται εύκολα ή δύσκολα (γ) είναι καλός ή κακός αγωγός (δ) είναι διαφανές ή όχι και (ε) επηρεάζεται από μαγνητικά πεδία.
2. Γνωρίζουν απλές κρυσταλλικές δομές, τις βασικές δομικές ιδιότητές τους και τα φυσικά μεγέθη που περιγράφουν τις βασικές ιδιότητες ενός υλικού και την τάξη μεγέθους τους.
3. Έχουν μάθει να υπολογίζουν προσεγγιστικά την πυκνότητα, απόσταση γειτονικών ατόμων, μέτρο ελαστικότητας, θερμοχωρητικότητα, διηλεκτρική σταθερά, δείκτη διάθλασης, μαγνητοαντίσταση σε απλά στερεά. Θα έχουν κατανοήσει τους μηχανισμούς της κβαντικής κίνησης των ηλεκτρονίων και της θερμικής κίνησης των ατόμων των στερεών.

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 πέντε διαγωνίσματα στην διάρκεια του εξαμήνου και τελική γραπτή εξέταση στα ελληνικά που περιλαμβάνει συνδυασμό

• Ερωτήσεων με επιλογή πολλαπλών απαντήσεων,
• Ανάπτυξης θεμάτων.

Οι φοιτητές έχουν το δικαίωμα να δουν το γραπτό τους μετά την έκδοση των αποτελεσμάτων βαθμολόγησης και να υποβάλουν ερωτήσεις.

Βιβλιογραφία

• Ε. Ν. Οικονόμου, Φυσική Στερεάς Κατάστασης, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης (1997-2003)
• C. Kittel, Αρχές της Φυσικής Στερεάς Καταστάσεως , Εκδόσεις Πνευματικoύ, Αθήνα (1976)

Επιπλέον συνιστώμενη βιβλιογραφία

• R. A. Levy, Φυσική Στερεάς Κατάστασης, Εκδόσεις Πνευματικoύ, Αθήνα (1978)
• N. W. Ashcroft – N. D. Mermin, Φυσική στερεάς κατάστασης, Εκδόσεις Πνευματικoύ, Αθήνα (2012)
• Σ. Τραχανάς, Κβαντομηχανική Ι, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης (2005)
• E. Kaxiras, Atomic and electronic structure of solids, Cambridge University Press (2003)

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

• Physical Review B,
• Journal of Chemical Physics,
• Physica Status Solidi,
• Solid State Communications,
• Journal of Physics: Condensed Matter.