Vật lý chất rắn

- ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN.
- ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC VẬT LÝ CHẤT RẮN 1.
- Họ và tên: Nguyễn Ngọc Long - Chức danh, học hàm, học vị: Phó Giáo sư - Tiến sĩ - Thời gian, địa điểm làm việc: Khoa Vật lý - ĐHKHTN - Địa chỉ liên hệ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội - Điện thoại NR Email: [email protected] - Các hướng nghiên cứu chính: Vật lý chất rắn.
- Thông tin về môn học.
- Tên môn học: Vật lý chất rắn - Mã môn học.
- Nghe giảng lý thuyết trên lớp: 21 tiết + Làm bài tập trên lớp: 4 tiết + Thảo luận trên lớp: 2 tiết + Thực hành trong phòng thí nghiệm + Thực tập thực tế ngoài trường + Tự học : 3 tiết - Đơn vị phụ trách môn học.
- Bộ môn: Vật lý chất rắn + Khoa: Vật lý - Môn học tiên quyết: Vật lý đại cương, Cơ lượng tử, Vật lý thống kê - Môn học kế tiếp: Vật lý bán dẫn, Vật lý các hiện tượng từ, Vật lý siêu dẫn, Vật lý kim loại, Quang học bán dẫn… 3.
- Mục tiêu của môn học Mục tiêu về kiến thức.
- Học phần Vật lý chất rắn đại cương trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất về vật rắn tinh thể.
- Nắm vững các khái niệm cơ bản này sinh viên sẽ có điều kiện thuận lợi để học sâu hơn về các lĩnh vực vật lý bán dẫn, vật lý điện môi, từ học, quang học bán dẫn v.v.
- Sinh viên hiểu được bản chất các quá trình, các hiện tượng vật lý trong vật rắn, nắm được các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm nghiên cứu các quá trình, hiện tượng cơ bản trong vật rắn, giải được các bài tập ở mức độ trung bình.
- Tóm tắt nội dung môn học - Học phần Vật lý chất rắn đại cương trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất về vật rắn tinh thể như: cấu trúc mạng tinh thể.
- các loại liên kết trong vật rắn.
- dao động của mạng tinh thể và tính chất nhiệt của vật rắn.
- điện tử tự do và tính chất dẫn điện của vật rắn.
- lý thuyết vùng năng lượng của vật rắn.
- các tính chất bán dẫn điện, tính chất điện môi, tính chất từ, tính chất quang và tính chất siêu dẫn của vật rắn.
- Đặc biệt, học phần còn có một chương dành cho vật liệu cấu trúc nano, loại vật liệu của thế kỷ 21..
- Nội dung chi tiết môn học Chương 1: Cấu trúc tinh thể 1.1 Mạng tinh thể 1.2 Các phép đối xứng của mạng tinh thể 1.3 Phân loại các mạng Bravais ba chiều 1.4 Cách biểu thị các nút, các hướng và các mặt trong mạng tinh thể 1.5 Một số cấu trúc tinh thể đơn giản 1.6 Các cấu trúc tinh thể nhân tạo: siêu mạng và giếng lượng tử 1.7 Tóm tắt chương 1 1.8 Câu hỏi và bài tập Chương 2: Nhiễu xạ tia X bởi tinh thể - Mạng đảo 2.1 Định luật Bragg về nhiễu xạ tia X trong tinh thể 2.2 Các phương trình nhiễu xạ Laue 2.3 Mạng đảo 2.4 Cường độ nhiễu xạ 2.5 Các phương pháp thực nghiệm quan sát nhiễu xạ tia X bởi tinh thể 2.6 Các phương pháp nhiễu xạ khác 2.7 Tóm tắt chương 2 2.8 Câu hỏi và bài tập Chương 3: Các loại liên kết trong vật rắn 3.1 Tinh thể ion (NaCl, CsCl, LiF) 3.2 Tinh thể cộng hóa trị (H2, O2, CH4, C, Si, Ge) 3.3 Tinh thể kim loại 3.4 Tinh thể phân tử, tinh thể khí trơ 3.5 Tinh thể với liên kết hyđro 3.6 So sánh các loại liên kết khác nhau 3.7 Hình dạng và kích thước nguyên tử 3.8 Một số phương pháp thông dụng trong kỹ thuật chế tạo đơn tinh thể 3.9Tóm tắt chương 3 3.10 Câu hỏi và bài tập Chương 4: Dao động mạng tinh thể 4.1 Lý thuyết cổ điển về dao động mạng tinh thể 4.2 Lý thuyết lượng tử về dao động mạng 4.3 Thực nghiệm xác định hệ thức tán sắc 4.4 Tóm tắt chương 4 4.5 Câu hỏi và bài tập Chương 5: Tính chất nhiệt của tinh thể 5.1 Nhiệt dung của mạng tinh thể vật rắn 5.2 Độ dẫn nhiệt của vật rắn 5.3 Sự dãn nở nhiệt của vật rắn 5.4 Tóm tắt chương 5 5.5 Câu hỏi và bài tập Chương 6: Khí electron tự do trong kim loại 6.1 Khí fermi electron tự do trong kim loại 6.2 Mật độ trạng thái và hàm phân bố Fermi-Dirac 6.3 Nhiệt dung của khí electron tự do 6.4 Độ dẫn điện và định luật Ohm 6.5 Sự dẫn nhiệt và dẫn điện của khí electron tự do.
- Hiệu ứng Hall 6.7 Phương trình động Boltzmann 6.8 Một số quá trình động trong kim loại 6.9 Tóm tắt chương 6 6.10 Câu hỏi và bài tập Chương 7: Cấu trúc vùng năng lượng của vật rắn 7.1 Phương trình Schrodinger đối với tinh thể lý tưởng 7.2 Hàm sóng và năng lượng của electron trong trường tinh thể tuần hoàn 7.3 Một số phương pháp giải phương trình Schrodinger một electron 7.4 Ba loại sơ đồ vùng 7.5 Kim loại, điện môi, bán dẫn, bán kim theo cấu trúc vùng năng lượng 7.6 Chuyển động của electron và lỗ trống trong tinh thể.
- Mặt đẳng năng 7.7 Mặt đẳng năng ở lân cận các điểm cực trị 7.8 Vùng Brillouin và mặt Fermi 7.9 Tóm tắt chương 7 7.10 Câu hỏi và bài tập Chương 8: Các chất bán dẫn 8.1 Bán dẫn thuần.
- Mức Fermi 8.2 Bán dẫn pha tạp.
- Mức Fermi 8.3 Độ dẫn điện của các chất bán dẫn 8.4 Hiệu ứng Hall trong bán dẫn 8.5 Hiện tượng tiếp xúc 8.6 Tóm tắt chương 8 8.7 Câu hỏi và bài tập Chương 9: Tính chất từ của vật rắn 9.1 Sơ lược về tính chất từ của vật rắn 9.2 Hiện tượng nghịch từ 9.3 Hiện tượng thuận từ 9.4 Chất sắt từ.
- Lý thuyết trường phân tử Weiss 9.5 Bản chất trường phân tử 9.6 Chất phản sắt từ 9.7 Cấu trúc đomen 9.8 Tóm tắt chương 9 9.9 Câu hỏi và bài tập Chương 10: Tính chất quang của vật rắn 10.1 Phổ phản xạ, phổ truyền qua và phổ hấp thụ 10.2 Các hằng số quang của vật liệu 10.3 Các cơ chế hấp thụ trong tinh thể 10.4 Hấp thụ riêng 10.5 Hấp thụ exciton 10.6 Các cơ chế phát huỳnh quang trong tinh thể 10.7 Bức xạ tự phát, Bức xạ cưỡng bức và sự phát laze 10.8 Tóm tắt chương 10 10.9 Câu hỏi và bài tập Chương 11: Tính chất điện môi của vật rắn 11.1 Phân tử không cực và phân tử có cực 11.2 Điện trường của một lưỡng cực 11.3 Sự phân cực và độ phân cực của điện môi 11.4 Điện trường vĩ mô và điện trường định xứ tại một nguyên tử 11.5 Hằng số điện môi và hệ số phân cực 11.6 Tính chất áp điện 11.7 Các chất hoả điện, sắt điện (xenhet điện) và phản sắt điện 11.8 Tóm tắt chương 11 11.9 Câu hỏi và bài tập Chương 12: Tính chất siêu dẫn 12.1.
- Một số tính chất của các chất siêu dẫn 12.2.
- Lý thuyết nhiệt động về chuyển pha siêu dẫn 12.3.
- Các phương trình London 12.4.
- Các cơ sở của lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) 12.5.
- Tóm tắt chương 12 12.8.
- Câu hỏi Chương 13: Vật liệu cấu trúc nano 13.1.
- Từ nguyên tử đến phân tử và chấm lượng tử 13.2.
- Sự giảm kích thước từ vật liệu khối đến chấm lượng tử 13.3.
- Các mức năng lượng trong chấm lượng tử (bán dẫn) 13.4.
- Chế tạo hệ cấu trúc thấp chiều-vật liệu nano 13.5.
- Những ứng dụng kỳ diệu của vật liệu nano 13.6 Các kỹ thuật xác định cấu trúc và hình thái học của vật liệu cấu trúc nano 13.7 Tóm tắt chương 13 13.8.
- Câu hỏi 6.
- Vũ Đình Cự, Vật lý chất rắn, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1997.
- Nguyễn Văn Hiệu, Giáo trình Vật lý chất rắn đại cương, 1996..
- Nguyễn Ngọc Long, Vật lý chất rắn, Nhà xuất bản ĐHQG Hà Nội, 2007.
- Vật lý chất rắn, Nhà xuất bản Giáo dục, 1992.
- Đỗ Ngọc Uấn, Giáo trình Vật lý chất rắn đại cương, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2003.
- Lịch trình chung : Nội dung.
- Hình thức tổ chức dạy học môn học.
- Lý thuyết.
- Bài tập.
- Nội dung chính.
- Mạng tinh thể Các phép đối xứng của mạng tinh thể Phân loại các mạng Bravais ba chiều Cách biểu thị các nút, các hướng và các mặt trong mạng tinh thể.
- Một số cấu trúc tinh thể đơn giản.
- Như nội dung chính Tuần 2.
- Định luật Bragg về nhiễu xạ tia X trong tinh thể Các phương trình nhiễu xạ Laue Mạng đảo Cường độ nhiễu xạ Các phương pháp thực nghiệm quan sát nhiễu xạ tia X bởi tinh thể.
- Như nội dung chính Tuần 3.
- Tinh thể ion (NaCl, CsCl, LiF) Tinh thể cộng hóa trị (H2, O2, CH4, C, Si, Ge) Tinh thể kim loại Tinh thể phân tử, tinh thể khí trơ Tinh thể với liên kết hyđro.
- Như nội dung chính Tuần 4.
- Lý thuyết cổ điển về dao động mạng tinh thể Lý thuyết lượng tử về dao động mạng.
- Bài tập + Thảo luận.
- Như nội dung chính Tuần 5.
- Nhiệt dung của mạng tinh thể vật rắn Độ dẫn nhiệt của vật rắn.
- Bài tập + Tự học.
- Như nội dung chính Tuần 6.
- Hiệu ứng Hall.
- Như nội dung chính Tuần 7.
- Hàm sóng và năng lượng của electron trong trường tinh thể tuần hoàn Một số phương pháp giải phương trình Schrodinger một electron Chuyển động của electron và lỗ trống trong tinh thể.
- Như nội dung chính Tuần 8.
- Như nội dung chính Tuần 9.
- Bán dẫn thuần.
- Mức Fermi Bán dẫn pha tạp.
- Mức Fermi Độ dẫn điện của các chất bán dẫn Hiệu ứng Hall trong bán dẫn Hiện tượng tiếp xúc.
- Như nội dung chính Tuần 10.
- Hiện tượng nghịch từ Hiện tượng thuận từ.
- Lý thuyết trường phân tử Weiss Bản chất trường phân tử Chất phản sắt từ.
- Cấu trúc đomen.
- Như nội dung chính Tuần 11.
- Phổ phản xạ, phổ truyền qua và phổ hấp thụ Các hằng số quang của vật liệu Các cơ chế hấp thụ trong tinh thể Hấp thụ riêng Hấp thụ exciton Các cơ chế phát huỳnh quang trong tinh thể.
- Như nội dung chính Tuần 12.
- Phân tử không cực và phân tử có cực Điện trường của một lưỡng cực Sự phân cực và độ phân cực của điện môi Điện trường vĩ mô và điện trường định xứ tại một nguyên tử Hằng số điện môi và hệ số phân cực Tính chất áp điện.
- Như nội dung chính Tuần 13.
- Một số tính chất của các chất siêu dẫn Lý thuyết nhiệt động về chuyển pha siêu dẫn Các phương trình London Các cơ sở của lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) Hiệu ứng xuyên hầm và hiệu ứng Josephson Siêu dẫn nhiệt độ cao.
- Như nội dung chính Tuần 14.
- Từ nguyên tử đến phân tử và chấm lượng tử Sự giảm kích thước từ vật liệu khối đến chấm lượng tử Các mức năng lượng trong chấm lượng tử (bán dẫn) Chế tạo hệ cấu trúc thấp chiều-vật liệu nano Những ứng dụng kỳ diệu của vật liệu nano Các kỹ thuật xác định cấu trúc và hình thái học của vật liệu cấu trúc nano.
- Như nội dung chính Tuần 15.
- Như nội dung chính.
- Yêu cầu của giảng viên đối với môn học.
- Phương pháp và hình thức kiểm tra đánh giá môn học: 9.1.
- Bài tập lớn : vào thời gian 1/4 kỳ và 3/4 kỳ: 20.
- Tuần thứ 3-4: kiểm tra dưới dạng bài tập lớn.
- Tuần thứ 7 - 8: kiểm tra giữa kỳ - Tuần thứ 11 - 12: kiểm tra dưới dạng bài tập lớn - Kết thúc tuần thứ 15: thi cuối kỳ.
- Tiêu chí đánh giá các loại bài tập và các nhiệm vụ mà giảng viên giao cho sinh viên