Předmět Fyzika IV (atomová fyzika a elektronová struktura látek) (NOFY025)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu NOFY025 - Fyzika IV (atomová fyzika a elektronová struktura látek), Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze (UK).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Atomová struktura látek, ukázky struktur molekul a kondensovaných soustav, vztah pozorování atomů a látek v reálném a reciprokém prostoru, částicový a vlnový charakter elektronů a atomů, dynamika jader v soustavách mnoha atomů ,elektronová struktura atomů, elektronová struktura soustav mnoha atomů, elektrony v kovech a polovodičích.

Sylabus

Atomová struktura látek.Vývoj atomové teorie, nepřímá evidence z chemie, krystalografie a termiky; přímé metody difrakční, mikroskopické a kontaktní (STM). Pozorování atomů, molekul, povrchů a objemu látek, difrakce rentgenových paprsků, vztah pozorování v reálném a reciprokém prostoru. Částicový a vlnový charakter elektronů, nukleonů a atomů.Elektron jako částice, jeho pozorování, aplikace elektronových svazků; vlnové vlastnosti elektronů, de Broglieho vlny, dualita částicového a vlnového charakteru, difrakce elektronů; vlnové vlastnosti masivních částic; popis částic vlnovou funkcí, kanonická interpretace kvantového experimentu. Struktura molekul a kondenzovaných soustav.Struktura a symetrie malých molekul, její pozorování v plynech, roztocích a krystalech; geometrický a topologický pohled na kondenzované soustavy (symetrie ideálních krystalů, superstruktury, nesouměřitelné struktury, kvazikrystaly, amorfní látky, skla), reálné krystaly, fyzikální význam poruch; vztah krystalů a technických materiálů. Dynamika jader v soustavách mnoha atomů.Kvantový popis soustavy více atomů; adiabatická aproximace - oddělení pohybu elektronů a jader, vibrační a rotační stupně volnosti molekul, využití symetrie, blízké a daleké IČ spektroskopie od molekul k rozlehlým soustavám, vibrace krystalových mřížek, fonony a jejich pozorování v rozptylu neutronů, Einsteinova a Debyeova teorie tepelné kapacity. Elektronová struktura atomů.Jádro a elektronový obal; Rutherfordův rozptyl, sloupkový model (jednoelektronová aproximace), efektivní Schrodingerova rovnice pro elektrony, tři pilíře elektronové struktury: kvantování energie a momentu hybnosti, spin a Pauliho princip; procházka periodickým systémem a jeho interpretace,atomová spektroskopie (absorpční a emisní spektrofotometrie jako fingerprinting, analogie absorpce klasickým oscilátorem, s kvantovým dipólovým přechodem a intuitivní formulace Zlatého pravidla, spektra vodíku a jemu podobných atomů). Elektronová struktura soustav mnoha atomů.Jednoelektronová aproximace - molekulové orbity; podložení z prvních principů; semiempirické methody, dvouatomové molekuly metodou LCAO ve srovnání se spektroskopickými a termickými údaji, experimentální studium el. struktury molekul, zejména resonančními metodami, interpretace hlavních typů chemické vazby. Elektrony v kovech a polovodičích.Model volných elektronů; Fermiho moře, Fermi-Diracovo rozdělení, tepelná kapacita kovu; pásová struktura v krystalických látkách a její studium pomocí rtg a fotoemisní spektroskopie, kovy a nekovy; normální a přechodové kovy - Fermiho plocha; valenční, vodivostní a zakázané pásy, elektrony a díry, efektivní hmotnost.

Literatura

C. Kittel: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fyzika, část 5: Moderní fyzika, VUTIUM Brno 1997V. Valvoda, M. Polcarová, P. Lukáč: Základy strukturní analýzy, UK Praha 1992N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid State Physics, Saunders College, Philadelphia 1976V. Kalous: Jak moderní chemie zkoumá strukturu molekul, SNTL Praha 1983I. Úlehla, M. Suk, Z. Trka: Atomy, jádra, částice, Academia Praha 1990A. I. Anselm: Úvod do teorie polovodičů, Academia Praha 1976

Garant

doc. Mgr. Pavel Javorský, Dr.doc. RNDr. Stanislav Daniš, Ph.D.