Mål:

Emnet har som mål å gje ei innføring i faststoff-fysikk, og setje studenten i stand til å bruke klassiske og kvantemekaniske teoriar for å forstå fysiske eigenskapar hjå faste stoff. Ein legg vekt på bygging av modellar som kan brukast for å skildre fleire ulike mekanismar i faste stoff. Emnet skal formidle forståing for korleis faststoff-fysikk har bidrege til eksistensen av ei rekkje viktige teknologiske nyvinningar som pregar vår kvardag, og som kjem til å prege vår framtid.

Innhald:

Emnet gir ei innføring i fysikken til faste stoff. Første del tek for seg bindingar i faste stoff og deira krystallstruktur. Mekaniske eigenskapar hjå faste stoff vert undersøkt og knytt opp mot spesifikke bindingar. Diffraksjon av bølgjer på krystallar vert gjennomgått, og ein ser på korleis interferensmønsteret kan nyttast til å analysere krystallane sin gitterstruktur. Spesiell vekt vert lagt på kubiske og heksagonale krystallar. Konsept som resiprok gittervektor og Brillouinsone vert introdusert. Gittervibrasjonar vert analysert, og ein introduserer konseptet dispersjon for å forstå korleis gitterstrukturen vibrerer. Debye og Einstein sine teoriar for varmekapasitet vert gjennomgått med tanke på å forklare korleis krystallar endrar sine gittervibrasjonar med temperatur. Deretter går ein over til å studere varmeleiing, Fouriers lov, samt å finne den termiske konduktiviteten til faste stoff.

Klassiske og kvantemekaniske modellar for elektrisk leiingsevne og varmeleiingsevne vert analysert for frie elektrongassar. Vidare prøver ein å lage enkle modellar for korleis metall oppfører seg ved å studere elektron i periodiske potensial. Klassifikasjon av bandstruktur i metall, halvleiarar og isolatorar vert teke opp. Masseverknadslova, samt transport av elektron og hol i halvleiarar vert gjennomgått, der også konseptet effektiv masse vert introdusert. Ein studerer Schottky og PN-overgangar i halvleiarar og finn storleiken på desse og straum-spenning karakteristikk. Ulike bruksområde av halvleiarar, slik som solceller og lysdioder vert teke opp. Siste del av kurset handlar om magnetisme og superleiing. Konsepta dia-, para- og ferromagnetisme vert introdusert, og ein skil mellom lokale (Curie) og band (Stoner) modellar for ferromagnetisme. Emnet gir også ein kort introduksjon til superleiarar.

Studenten skal ved avslutta emne ha fylgjande læringsutbyte definert i kunnskapar, ferdigheiter og generell kompetanse:

Kunnskapar

Studenten skal kunne

• forklare mekaniske eigenskapar hjå faste stoff, og kunne knytte desse til bindingstype.
• forklare korleis diffraksjon av elektromagnetiske bølgjer på faste stoff kan brukast til å finne gitterstruktur.
• kjenne til omgrepet "fonon", og korleis dispersjonkurva ser ut for ulike krystallstrukturar.
• forklare korleis gitter vibrerer ved endeleg temperatur og korleis slike vibrasjonar avgjer varmekapasitet og varmeleiing.
• kjenne til omgrepet tilstandstettleik i ein, to og tre dimensjonar.
• enkle teoriar for leiing av varme og straum i metall.
• kunne klassifisere faste stoff i ut frå deira bandgap
• forstå korleis elektron og hol oppfører seg i halvleiarar, og kunne forklare korleis dei leiar straum.
• forklare og gje enkle modellar for Schottky og PN-overgangar.
• forklare korleis lysdioder og solceller verkar.
• kjenne til dei grunnleggjande mekanismane bak dia-, para- og ferromagnetisme.
• skilje mellom lokale (Curie) og band (Stoner) bidrag til ferromagnetisme.
• vite kva superleiing er og kvalitativt relatere den til gittervibrasjonar og tilstandstettleik.

Ferdigheiter

Studenten skal kunne

• byggje modellar for å forstå eigenskapane hjå faste stoff.
• kritisk reflektere over dei tilnærmingar ein treng for å lage modellar for å kunne skildre faste stoff.
• skrive ein kort artikkel, på vitskapleg form, om eit moderne forskingsarbeid i faststoff-fysikk.

Generell kompetanse

Studenten

• har oppnådd innsikt i klassiske og kvantemekaniske lover som kan brukast til å skildre faste stoff
• kan formulere og forstå teoriar som forklarer fysiske eigenskapar hjå faste stoff
• kjenner til rolla til faststoff-fysikk innan utvikling av viktige teknologiske nyvinningar
• kan lese og forstå forskingsartiklar innan faststoff-fysikk.

• Obligatoriske innleveringar og deltaking på klasseromsquizzar utgjer 25% av karakteren.
• Skriftleg eksamen (4 timar), utgjer 75% av karakteren.