BIP

Instytut Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk

Archiwalne wykłady z fizyki fazy skondensowanej

Wykłady z fizyki fazy skondensowanej dla doktorantów Studium Doktoranckiego IFM PAN

Tytuł wykładu: Struktura elektronowa i właściwości elektryczne

Prowadzący:
dr hab. Maria Pugaczowa-Michalska (cz. 1)
dr hab. Maciej Zwierzycki (cz. 2)

Termin: semestr zimowy 2019/2020

 cz. 1

  1. Pierwsze elektronowe teorie ciała stałego: teorie Drudego i Lorentza. Teoria Sommerfelda. Wiązania w kryształach. Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Stan podstawowy.
  2. Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Rozkład statystyczny Fermiego-Diraca. Termodynamiczne własności układu swobodnych elektronów. Teoria Sommerfelda przewodnictwa metali.
  3. Sieć odwrotna. Pierwsza strefa Brillouina. Schematy stref Brillouina. Powierzchnia Fermiego.
  4. Poziomy energetyczne elektronu w potencjale periodycznym. Warunki brzegowe Borna‑Karmana. Potencjał okresowy i twierdzenie Blocha. Gęstość poziomów i osobliwości van Hove’a.
  5. Elektrony w słabym potencjale okresowym. Przybliżenie elektronów prawie swobodnych. Równanie kp. Rachunek zaburzeń dla stanów niezdegenerowanych i zdegenerowanych. Model Kroniga-Penneya.
  6. Przybliżenie silnego wiązania. Główne założenia przybliżenia silnego wiązania. Sformułowanie ogólne. Wyznaczanie pasma s. Funkcje falowe przybliżenia silnego wązania i Funkcje Wanniera.
  7. Metody wyznaczania struktury elektronowej. Elementy teorii funkcjonału gęstości. Przybliżenie Borna‑Oppenheimera. Twierdzenia Hohenberga‑Kohna. Równanie Kohna‑Schama. Energie wymienno‑korelacyjne.

cz. 2

  1. Quasi-klasyczna dynamika elektronów pasmowych w polu elektromagnetycznym: równania ruchu, orbity elektronowe i dziurowe, pojęcie masy efektywnej.
  2. Własności transportowe ciał stałych: równanie Boltzmana, przewodnictwo elektryczne, magnetoopór, efekt Halla.
  3. Zjawiska termoelektryczne: ogólne współczynniki transportowej, przewodnictwo cieplne, zjawiska Seebecka i Peltiera.
  4. Zjawisko de Haasa – van Alphena (i pokrewne) oraz jego zastosowanie do wyznaczania powierzchni Fermiego.
  5. Półprzewodniki: poziomy domieszkowe, elektrony i dziury w półprzewodnikach, statystyka obsadzenia poziomów, ruchliwość nośników, złącze p-n, złącze metal-półprzewodnik, tranzystory MOSFET.
  6. Transport spinowo spolaryzowany: gigantyczny (GMR) i tunelowy (TMR) magnetoopór, prądowe przełączanie momentu magnetycznego, ruch ścian domenowych.
  7. Podstawowe własności dielektryków: pole lokalne, funkcja dielektryczna, straty dielektryczne, katastrofa polaryzacyjna i ferroelektryki.

 

Wybrane metody doświadczalne fizyki fazy skondensowanej

Oddziaływanie światła z materią
  1. Eksperymentalne i teoretyczne metody badań struktury oscylacyjnej oraz elektronowej
  2. Zastosowanie spektroskopii absorpcyjnej, odbiciowej oraz rozproszeniowej w badaniach fizyki fazy skondensowanej
  3. Kolektywne wzbudzenia w fizyce ciała stałego i metody badania ich dynamiki
dr hab. A. Łapiński,
prof. IFM PAN
9 października 2018
16 października 2018
23 października 2018
Przewodnictwo elektryczne, cieplne oraz efekt Seebecka w materiałach litych
  1. Przewodnictwo elektryczne (model Drudego, wkład fononowy, rozpraszanie elektron-elektron, nieporządek spinowy, efekt Kondo, układy uporządkowane magnetycznie, metody pomiarowe)
  2. Przewodnictwo cieplne (wkład: elektronowy, sieciowy, magnetyczny, …, układ pomiarowy)
  3. Efekt Seebecka (podstawy teoretyczne, współczynnik dobroci, materiały i aplikacje (termopary, generatory, pompy ciepła), technika pomiarowa)
  4. Efekt magnetokaloryczny (ciepło właściwe, relacje Maxwella, metody pomiaru efektu magnetokalorycznego, zastosowania)
dr hab. T. Toliński,
prof. IFM PAN
30 października 2018
6 listopada 2018
Możliwości i ograniczenia metod NMR w badaniu materii
  1. Zjawisko jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) – wprowadzenie
  2. Przegląd głównych metod doświadczalnych (spektrosko¬pia NMR, relaksometria NMR, dyfuzjometria NMR, obrazo¬wanie MRI)
  3. Zapoznanie z aparaturą badawczą (zajęcia w laborato¬riach NMR)
dr hab. A. Rachocki 13 listopada 2018
20 listopada 2018
27 listopada 2018

Dielektryki – wprowadzenie
Czym są dielektryki?; równania dyspersyjne Debye’a; znormalizowane równania dyspersyjne Debye’a; liniowe związki pomiędzy ɛ’ i ɛ”; półokrąg Debye’a; odstępstwa od modelu Debye’a; techniki pomiarowe stosowane w spektroskopii dielektrycznej; przykłady procesów relaksacyjnych
Spektroskopia dielektryczna
Zapoznanie się z szerokopasmowym analizatorem impedancji; wykonanie pomiarów dla wybranych materiałów; opracowanie wyników w programie WinFit

dr hab. inż. E. Markiewicz 4 grudnia 2018
11 grudnia 2018
Metody badania powierzchni: STM, AFM, MFM
  1. Budowa elektronowego mikroskopu skanującego
  2. Oddziaływanie elektronów z materią
  3. Rejestracja sygnału w elektronowych mikroskopach skanujących
  4. Zastosowania mikroskopów elektronowych
  5. Budowa i zasada działania mikroskopów ze skanującą sondą
  6. Mikroskop sił atomowych/magnetycznych- tryby pracy i ich ograniczenia
dr inż. P. Kuświk 18 grudnia 2018
9 stycznia 2019
15 stycznia 2019
Elektronowy rezonans magnetyczny
  1. Zjawisko elektronowego rezonansu paramagnetycznego oraz budowa aparatury EPR.
  2. Kształt linii rezonansowych i metody zwiększania zdolności rozdzielczej widm.
  3. Określanie symetrii otoczenia koordynacyjnego kompleksów paramagnetycznych z widm EPR próbek mono i polikrystalicznych dla
    - efektu Zeemana
    - struktury nadsubtelnej (supernadsubtelnej)
    - struktury subtelnej
  4. Podwójny rezonans elektronowo-jądrowy (ENDOR)
  5. Rezonans ferromagnetyczny.
dr hab. W. Bednarski 22 stycznia 2019
29 stycznia 2019
 

Tytuł wykładu: Magnetyzm i nadprzewodnictwo

Prowadzący:
dr hab. Bartłomiej Andrzejewski, prof. IFM PAN
prof. dr hab. Stanisław Lipiński

Termin: semestr zimowy 2017/2018

Plan wykładów

  1. Zjawisko nadprzewodnictwa: podstawowe własności nadprzewodników, zanik oporu elektrycznego, efekt Meissnera-Ochsenfelda
  2. Klasyczne materiały nadprzewodzące
  3. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe i niekonwencjonalne
  4. Teorie fenomenologiczne i teoria BCS
  5. Efekt Josephsona
  6. Nadprzewodnictwo układów jednowymiarowych
  7. Zastosowania nadprzewodników
  8. Elektronowy i jądrowy rezonans magnetyczny
  9. Klasyczny i kwantowy opis zjawiska rezonansu magnetycznego
  10. Diamagnetyzm, paramagnetyzm jonów metali przejściowych i ziem rzadkich (efekty pola krystalicznego).
  11. Diamagnetyzm metali (poziomy Landaua), efekt de Haasa-van Alphena, kwantowy efekt Halla, paramagnetyzm Pauliego.
  12. Oddziaływanie wymiany: wymiana bezpośrednia, kinetyczna, pośrednia, nadwymiana.
  13. Lokalne momenty i stany zlokalizowane, przejście metal-izolator. Modele: Hubbarda, Heisenberga, model t-J.
  14. Własności magnetyczne rozcieńczonych stopów – efekt Kondo i oddziaływanie RKKY, ciężkie fermiony.
  15. Uporządkowania magnetyczne – przybliżenie pola molekularnego, wzbudzenia w ferro
    i antyferromagnetykach ze zlokalizowanymi momentami, własności termodynamiczne w pobliżu punktu krytycznego.
  16. Pasmowa teoria ferromagnetyzmu, fale spinowe w ujęciu pasmowym, solitony magnetyczne.
  17. Półprzewodniki ferromagnetyczne.

Tytuł wykładu: Budowa i dynamika fazy skondensowanej

Prowadzący:
dr hab. Maria Augustyniak-Jabłokow
dr hab. Arkadiusz Brańka, prof. IFMPAN

Termin: semestr zimowy 2016/2017

Plan wykładów

  1. Krystalografia
    1. Kryształy:
      • podstawowe prawa krystalografii;
      • symetria sieci przestrzennej.
    2. Sieć odwrotna:
      • koncept sieci odwrotnej;
      • metody tworzenia sieci odwrotnej;
      • zastosowania sieci odwrotnej.
    3. Metody badania struktury ciał krystalicznych:
      • metody bazujące na opisie postaci kryształu;
      • metody dyfrakcyjne.
    4. Zależność między strukturą a własnościami materiałów. Rzeczywista struktura kryształów
  2. Omówienie przykładów miękkiej materii (MM) :
    1. koloidy
    2. ciekłe kryształy
    3. polimery
    4. inne materiały MM
  3. Rodzaje oddziaływań w układach mikro i mezoskopowych.
  4. Opis własności fizycznych fazy skondensowanej:
    1. elementy mechaniki statystycznej i termodynamiki
    2. elementy teorii cieczy
    3. elementy teorii sprężystości i reologii
    4. wybrane modele MM
    5. metody symulacji układów cząsteczek
  5. Dynamika sieci krystalicznej:
    1.  fonony
    2. modele ciepła właściwego
    3. przewodnictwo cieplne

 

 

Tytuł wykładu: Struktura elektronowa i właściwości elektryczne

Prowadzący:
dr hab. Maria Pugaczowa-Michalska
dr hab. Maciej Zwierzycki

Termin: semestr zimowy 2015/2016

Plan wykładów

  1. Pierwsze elektronowe teorie ciała stałego. Elektrony swobodne w stanie podstawowym

  2. Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Stan podstawowy. Własności termodynamiczne

  3. Sieć odwrotna. Powierzchnia Fermiego. Powierzchnia Fermiego w konstrukcji Harrrisona

  4. Potencjał okresowy i twierdzenie Blocha. Poziomy energetyczne elektronu w potencjale okresowym

  5. Elektrony w słabym potencjale okresowym. Przybliżenie elektronów prawie swobodnych

  6. Przybliżenie silnego wiązania. Funkcje Wanniera

  7. Elementy teorii funkcjonału gęstości. Twierdzenia Hohenberga-Kohna. Równanie Kohna-Shama. Energie wymienno-korelacyjne

  8. Quasi-klasyczna dynamika elektronów pasmowych w polu elektromagnetycznym: równania ruchu, orbity elektronowe i dziurowe, pojęcie masy efektywnej

  9. Własności transportowe ciał stałych: równanie Boltzmana, przewodnictwo elektryczne, magnetoopór, efekt Halla

  10. Zjawiska termoelektryczne: ogólne współczynniki transportowej, przewodnictwo cieplne, zjawiska Seebecka i Peltiera

  11. Zjawisko de Haasa – van Alphena (i pokrewne) oraz jego zastosowanie do wyznaczania powierzchni Fermiego

  12. Półprzewodniki: poziomy domieszkowe, elektrony i dziury w półprzewodnikach, statystyka obsadzenia poziomów, ruchliwość nośników, złącze p-n

  13. Transport spinowo spolaryzowany: gigantyczny (GMR) i tunelowy (TMR) magnetoopór, prądowe przełączanie momentu magnetycznego, ruch ścian domenowych

  14. Podstawowe własności dielektryków: pole lokalne, funkcja dielektryczna, straty dielektryczne, katastrofa polaryzacyjna i ferroelektryki

 

Termin: semestr zimowy 2014/2015

Tytuł wykładu: Magnetyzm i nadprzewodnictwo

Prowadzący:
prof. IFM PAN dr hab. Stanisław Lipiński
prof. IFM PAN dr hab. Bartłomiej Andrzejewski

Plan wykładów

  1. Diamagnetyzm, paramagnetyzm jonów metali przejściowych i ziem rzadkich (efekty pola krystalicznego).
  2. Diamagnetyzm metali (poziomy Landaua), efekt de Haasa-van Alphena, kwantowy efekt Halla, paramagnetyzm Pauliego.
  3. Oddziaływanie wymiany: wymiana bezpośrednia, kinetyczna, pośrednia, nadwymiana.
  4. Lokalne momenty i stany zlokalizowane, przejście metal-izolator. Modele: Hubbarda, Heisenberga, model t-J.
  5. Własności magnetyczne rozcieńczonych stopów – efekt Kondo i oddziaływanie RKKY, ciężkie fermiony.
  6. Uporządkowania magnetyczne – przybliżenie pola molekularnego, wzbudzenia w ferro i antyferromagnetykach ze zlokalizowanymi momentami, własności termodynamiczne w pobliżu punktu krytycznego.
  7. Pasmowa teoria ferromagnetyzmu, fale spinowe w ujęciu pasmowym, solitony magnetyczne.
  8. Półprzewodniki ferromagnetyczne.
  9. Klasyczny i kwantowy opis zjawiska rezonansu magnetycznego
  10. Elektronowy i jądrowy rezonans magnetyczny
  11. Zjawisko nadprzewodnictwa: podstawowe własności nadprzewodników, zanik oporu elektrycznego, efekt Meissnera-Ochsenfelda
  12. Klasyczne materiały nadprzewodzące
  13. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe i niekonwencjonalne
  14. Teorie fenomenologiczne i teoria BCS
  15. Efekt Josephsona
  16. Zastosowania nadprzewodników


Semestr zimowy 2013/2014

Wybrane metody doświadczalne fizyki fazy skondensowanej

Wykład Prowadzący Kiedy
Badanie struktury i właściwości powierzchni materiałów w warunkach ultra-wysokiej próżni dr M. Lewandowski 7 października 2013
14 października 2013
Przewodnictwo elektryczne, cieplne oraz efekt Seebecka w materiałach litych prof. IFM PAN T. Toliński 21 października 2013
28 października 2013
Oddziaływanie światła z materią dr A. Łapiński 4 listopada 2013
18 listopada 2013
25 listopada 2013
Przykłady zastosowania spektroskopii, relaksometrii i dyfuzjometrii NMR w badaniu cieczy i ciał stałych dr A. Rachocki 2 grudnia 2013
9 grudnia 2013
16 grudnia 2013
Elektronowy rezonans magnetyczny dr hab. W. Bednarski 13 stycznia 2014
20 stycznia 2014
Dielektryki – wprowadzenie. Spektroskopia dielektryczna dr E. Markiewicz 27 stycznia 2014
3 lutego 2014

Tytuł wykładu: Budowa i dynamika fazy skondensowanej

Prowadzący: dr hab. Maria Augustyniak-Jabłokow,
prof. IFMPAN Arkadiusz Brańka

Termin: semestr zimowy 2012/2013

Plan wykładu:
  1. Krystalografia.
    • Symetria sieci przestrzennej
    • Sieć odwrotna
    • Metody badania struktury ciał krystalicznych
    • Zależność między strukturą a własnościami materiałów
    • Rzeczywista struktura kryształów:
    • Układy niskosymetryczne i miękka materia
  2. Omówienie przykładów miękkiej materii (MM) :
    • koloidy
    • ciekłe kryształy
    • polimery
    • inne materiały MM
  3. Rodzaje oddziaływań w układach mikro i mezoskopowych.
  4. Opis własności fizycznych fazy skondensowanej:
    • elementy mechaniki statystycznej i termodynamiki
    • elementy teorii cieczy
    • elementy teorii sprężystości i reologii
    • wybrane modele MM
    • metody symulacji układów cząsteczek
  5. Dynamika sieci krystalicznej:
    • fonony
    • modele ciepła właściwego
    • przewodnictwo cieplne

Tytuł wykładu: Struktura elektronowa i właściwości elektryczne
Prowadzący: dr hab. Maria Pugaczowa-Michalska, dr hab. Maciej Zwierzycki
Termin: semestr zimowy 2011/2012

Plan wykładów:
  1. Pierwsze elektronowe teorie ciała stałego.
  2. Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Stan podstawowy. Własności termodynamiczne. Sieć odwrotna. Powierzchnia Fermiego. Powierzchnia Fermiego w konstrukcji Harrrisona. Potencjał okresowy i twierdzenie Blocha. Poziomy energetyczne elektronu w potencjale okresowym.
  3. Elektrony w słabym potencjale okresowym.
  4. Przybliżenie silnego wiązania. Funkcje Wanniera.
  5. Podstawowe teoretyczne i eksperymentalne metody wyznaczania struktury elektronowej ciał stałych: Metoda komórkowa. Potencjały Muffin-Tin. Metoda stowarzyszonych fal płaskich. Metoda zortogonalizowanych fal płaskich. Pseudopotencjały. Metody fotoemisji rentgenowskiej (XPS) i fotoemisji w zakresie nadfioletu (UPS).
  6. Quasi-klasyczna dynamika elektronów pasmowych w polu elektromagnetycznym: równania ruchu, orbity elektronowe i dziurowe, pojęcie masy efektywnej, źródła rozpraszania nośników.
  7. Własności transportowe ciał stałych: równanie Boltzmana, przewodnictwo elektryczne, magnetoopór, efekt Halla.
  8. Zjawiska termoelektryczne: ogólne współczynniki transportowej, przewodnictwo cieplne, zjawiska Seebecka i Peltiera
  9. Zjawisko de Haasa – van Alphena (i pokrewne) oraz jego zastosowanie do wyznaczania powierzchni Fermiego.
  10. Transport spinowo spolaryzowany: gigantyczny (GMR) i tunelowy (TMR) magnetoopór, prądowe przełączanie momentu magnetycznego, ruch ścian domenowych.
  11. Półprzewodniki: poziomy domieszkowe, elektrony i dziury w półprzewodnikach, statystyka obsadzenia poziomów, ruchliwość nośników, złącze p-n.
  12. Podstawowe własności dielektryków: pole lokalne, funkcja dielektryczna, straty dielektryczne, katastrofa polaryzacyjna i ferroelektryki, ekscytony.

Tło strony

Żel fizyczny utworzony przez żelator methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glukopyranozę z butanolem w stężeniu 2%, obraz z polaryzacyjnego mikroskopu optycznego