Primijenjena kvantna mehanika

Opis predmeta

Ovaj kolegij opisuje i diskutira fizikalne osnove današnjih elektroničih i optoelektroničih elemenata: dioda, tranzistora, svjetlećih dioda i poluvodičkih lasera koji se nalaze u svim računalima i elektroničkim uređajiima. Posebna pažnja je posvećena temeljnim konceptima kvantne mehanike: čestićno-valna dualnost, principu neodređenosti i manifestacijama kvantnih fenomena u makro svijetu s fokusom na elektroničke elemente. Kolegij će biti posebno koristan inženjerima koji će planiraju dizajnirati elektroničke sklopove ili raditi u optici.

Ishodi učenja

  1. Objasniti temeljne koncepte kvantne mehanike
  2. Opisati elektrničke elemente u kojima se kvantna priroda manifestira
  3. Opisati optičke elemente koji temeljno ovise o kvantnoj mehanici
  4. Objasniti kako je čestićno-valna dualnost temelj poluvodiča
  5. Dizajnirati temeljnu strukturu poluvodičkog lasera na određenoj valnoj duljini
  6. Dizajnirati osnovnu strukturu heterostrukturnog tranzistora sa efektom polja

Oblici nastave

Predavanja

Tjedni plan nastave

  1. Dualnost val-čestica. Kvantna mehanika: postulati. epistemologija. derivacija i rješenja Schroedingerve jednadžbe
  2. Svojstva i značenje valne funkcije. Vezana stanja i elektronske orbitale
  3. Relacije neodređenosti u kvantnoj fizici
  4. Brillouinove zone. Fermijeva energija. Fermijeva temperatura. Fermijeva ploha. Vodljivost metala, Kvantna teorija poluvodiča. Intrinsični poluvodiči i heterogene strukture
  5. Kvantna mehanika u jednoj dimenziji. Slobodni elektron. Valne funkcije. Tuneliranje. Potencijalna jama, Elektron u periodičnom potencijalu. Kvantne točke i superrešetka
  6. Metode kristalnog rasta; Matthews-Blakeslee granica; vrednovanje materijala i spojeva između različitih kristala; polarne and ne-polarne kristalne ravnine; klasifikacija poluvodičkih heterostruktura.
  7. složeni poluvodiči sa dva, tri i četiri elementa, primjene, tehnologija direknog spajanja, električka, optička i toplinska svojstva.
  8. III-V tranzistori s visokom pokretljivošću elektrona (HEMT-ovi) i hetreospojni bipolarni tranzistori (HBT-ovi), Kvantizacija u nanostrukturama. Broj i gustoća stanja za nanostrukture
  9. Schrödingerova jednadžba u poluvodičima (sa efektivnom masom), propagacija elektrona u uniaksijalno neuniformnim poluvodičima, refleksij i transmisija elektronskih valnih funkcija.
  10. E-k dijagram; projelazi koji uključuju fonone, fotone, i elektrone: Shockley-Read-Hall i Auger rekombinacija
  11. Semi-classical carrier transport in electronic devices; Boltzmann transport equation; Fermi golden rule; Momentum relaxation time approximation; Drift-diffusion model
  12. Kvantno-mehanički harmonički oscilator. Sfernosimetrični centralni potencijal. Kvantni brojevi
  13. Kvantizirano elektromagnetsko polje: termičko i koherentno stanje elektromagnetskog polja, Planckov zakon zračenja crnog tijela
  14. Termički šum u elektronici, kvantni šum u svjetlu i šum sačme u elektronici i elektroničkim elementima.
  15. Poluvodički laseri, laseri sa kvantnim jamama, tipovi lasera i opis rada.

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Audiotehnologije i elektroakustika (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Automatika i robotika (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Elektroenergetika (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Elektroničko i računalno inženjerstvo (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Elektronika (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Elektrostrojarstvo i automatizacija (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Informacijsko i komunikacijsko inženjerstvo (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Komunikacijske i svemirske tehnologije (profil)
Izborni predmeti profila (1. semestar) (3. semestar)
Programsko inženjerstvo i informacijski sustavi (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Računalno inženjerstvo (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Računalno modeliranje u inženjerstvu (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Računarska znanost (profil)
Slobodni izborni predmeti (3. semestar) Slobodni zborni predmeti (1. semestar)
Znanost o mrežama (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)
Znanost o podacima (profil)
Slobodni izborni predmeti (1. semestar) (3. semestar)

Literatura

(.), Herbert Kroemer, Engineering Quantum Mechanics,
(.), David Miller, Quantum Mechanics,

Za studente

Izvedba

ID 222712
  Zimski semestar
5 ECTS
R3 Engleski jezik
R1 E-učenje
45 Predavanja

Ocjenjivanje

izvrstan
vrlo dobar
dobar
dovoljan