Fizika materijala

Opis predmeta

Prijelaz iz klasične u kvantnu fiziku. Uvodna poglavlja kvantne mehanike: postulati, rješenja Schrodingerove jednadžbe, vezanje potencijalnih jama, elektronske orbitale. Kvantnomehanički harmonički oscilator. Klasična i kvantna statistička fizika: Maxwell-Boltzmannova, Fermi-Diracova i Bose-Einsteinova razdioba. Slobodni i kvazislobodni elektronski plin, fononska teorija, toplinska svojstva materijala. Teorija vrpci za kristalnu rešetku, Brillouinove zone, Fermijeva ploha. Kvantna teorija poluvodičkih struktura. Električna svojstva dielektrika, kvantnomehanički opis polarizacije. Magnetska svojstva materijala, dijamagnetizam, paramagnetizam i feromagnetizam. Niskotemperaturna supravodljivost, BCS teorija, Josephsonov efekt, SQUID-ovi i NTS tehnologije. Visokotemperaturna supravodljivost. Primjene supravodiča u tehnici. Svjetlovodne niti i primjene u fotoničkoj tehnici. NMR i primjene u tehnici i medicini. Sinkrotronsko zračenje. Osnove nano-fizike.

Opće kompetencije

Studenti se obrazuju za primjenu znanja i korisna istraživanja u elektrotehnici, informacijskoj tehnologiji i računarstvu, razumijevajući fundamentalna znanstvena dostignuća u fizici materijala. Na osnovu stečenih znanja u kolegijima koji prethode (Fizika 1 i Fizika 2), studentima se pružaju znanja o metodama kvantne fizike i moderne nanotehnologije važnih za opis i poimanje pojava koje su relevantne za razvoj moderne tehnologije u elektrotehnici, informacijskoj tehnologiji i računarstvu (minijaturizacija, kvantna računala, paralelizacija, novi materijali, novi oblici i izvori energije).

Ishodi učenja

  1. Opisati temelje kvantnomehaničkih sustava.
  2. Primijeniti kvantnu mehaniku na elementarne procese.
  3. Izvesti rješenja vodikovog atoma.
  4. Upotrijebiti klasične i kvantne statističke raspodjele.
  5. Povezati klasični i kvantnomehanički opis na toplinska svojstva.
  6. Analizirati potencijale i vodljivosti u kristalnim rešetkama.
  7. Objasniti sparivanje fermiona u BCS teoriji.
  8. Analizirati električna i magnetska svojstva materijala u tehnologiji.

Oblici nastave

Predavanja

Predavanja s audiovizualnim materijalima. Jednostavni pokusi i demonstracije.

Auditorne vježbe

Rješavanje primjera i zadataka.

Konzultacije

Redovite - tjedne konzultacije.

Seminari

Individualtne prezentacije posebnih tema.

Stjecanje vještina

Rad na računalu: simulacije, obrada podataka, pretraživanje literature i članaka iz kvantne fizike.

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Napomena / komentar Udio u ocjeni
Domaće zadaće 0 % 10 % 0 % 10 %
Sudjelovanje u nastavi 0 % 10 % 0 % 10 %
Međuispit: Pismeni 0 % 40 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 40 %
Ispit: Pismeni 0 % 40 %
Ispit: Usmeni 40 %

Tjedni plan nastave

  1. Osnove kvantne fizike. Relativistička jednadžba valova tvari. Schroedingerova jednadžba.
  2. Relacije neodređenosti. Transmisija i refleksija na skoku potencijala.
  3. Tunel efekt. WBK aproksimacija.
  4. Stanja elektrona u potencijalnoj jami. Emisija poljem. Kontaktni potencijal.
  5. Vodikov atom.
  6. Paulijev princip isključenja. Kvantnomehanički harmonički oscilator.
  7. Statističke razdiobe: Fermi-Diracova, Bose-Einsteinova.
  8. ISPIT
  9. Toplinska svojstva materijala. Einsteinov i Debyeov model.
  10. Kronig-Penneyev model potencijalne rešetke. Brillouinove zone. Efektivna masa elektrona i šupljina.
  11. Vodljivost metala. Vodljivost poluvodiča. Primjene poluvodiča.
  12. Supravodljivost. BCS teorija. Josephsonov efekt, primjene. NTS tehnologija. VTS materijali.
  13. Električna svojstva materijala. Polarizacija. Dielektrična konstanta. Svjetlovodne niti.
  14. Dijamagnetizam. Paramagnetizam. Feromagnetizam. Primjene NMRu fizici materijala
  15. ISPIT

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Automatika (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Bežične komunikacijske tehnologije (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Elektroenergetika (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Elektroničko i računalno inženjerstvo (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Elektronika (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Elektrotehnički sustavi i tehnologija (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Obradba informacija (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Programsko inženjerstvo i informacijski sustavi (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Računalno inženjerstvo (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Računarska znanost (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Radiokomunikacijske tehnologije (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)
Telekomunikacije i informatika (profil)
Predmeti matematike, fizike i prirodoslovlja (2. semestar)

Literatura

M. Baće, L. Bistričić, V. Borjanović, D. Horvat, T. Petković (2011.), Riješeni primjeri i zadaci iz fizike materijala, recenzirani udžbenik, Hinus, Zagreb
V. Knapp i P. Colić (1997.), Uvod u električna i magnetska svojstva materijala, Školska knjiga, 2. izd., Zagreb
H. M. Rosenbeerg (1989.), The Solid State. An introduction to the physics of solids for students of physics, material science, and engineering, 3rd ed., Oxford University Press, Oxford
Edward L. Wolf (2006.), Nanophysics and Nanotechnology: An Introduction to Modern Concepts in Nanoscience, Wiley–VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, Weinheim, 2nd ed.
S. Blundell (2009.), SUPERCONDUCTIVITY: A Very Short Introduction, Oxford University Press, Oxford
(.), Uvod u fiziku čvrstog stanja V. Šips Školska knjiga, Zagreb 1991,
(.), Modern Physics J. W. Rohlf J. Wiley & Sons, New York 1994,
(.), Quantum Mechanics for Applied Phyisc and Engineering A. T. Fromhold, Jr. Academic Press, New York 1981,

Predavanja

Izvedba

ID 34565
  Ljetni semestar
4 ECTS
R3 Engleski jezik
R1 E-učenje
45 Predavanja
0 Auditorne vježbe
0 Laboratorijske vježbe

Ocjenjivanje

85 izvrstan
75 vrlo dobar
60 dobar
50 dovoljan