The lecture is designed to serve as a first course on the physics of condensed matter for pre-service physics
teachers. The emphasis is on crystalline solids, going from the crystal lattice to the ideas of reciprocal space and
Brillouin zones, and these ideas are developed for lattice vibrations, for the theory of metals and for
semiconductors. Other parts deal with major aspects of solid state physics controlled by other phenomena, such as
superconductivity, dielectric and magnetic properties and so on.
Last update: T_KDF (12.05.2015)
Přednáška je postavena jako první kurz fyziky kondenzovaných látek pro budoucí učitele fyziky. Důraz je kladen na
krystalické látky, přičemž se vychází od krystalové struktury k modelu reciproké mříže a Brillouinových zón.
Rozebírají se modely kmitů krystalové mříže, pozornost je věnována teorii kovů a polovodičů. V dalších částech
přednášky jsou probírány základní aspekty fyziky pevných látek (resp. kondenzovaných látek). Rozebírány jsou
elektrické a magnetické vlastnosti pevných látek, supravodivost a další zajímavé jevy z této oblasti fyziky.
Course completion requirements - Czech
Last update: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (13.10.2017)
Zkouška probíhá ústní formou. Kromě řádného termínu jsou možné dva termíny opravné.
Literature -
Last update: T_KDF (12.05.2015)
Kittel Ch.: Úvod do fyziky pevných látek. Academia, Praha 1985.
Kratochvíl P., Valvoda V.: Úvod do fyziky pevných látek. UK Praha 1982 (skripta MFF).
Valvoda V., Polcarová M., Lukáč P.: Základy strukturní analýzy. Karolinum, Praha 1992.
Frei V.: Fyzika pevných látek. SPN, Praha 1978 (středoškolská úroveň).
Valvoda V.: Krystalografie - Atomová struktura látek a její určování. Matfyzpress, Praha 2005 (spíše středoškolská úroveň).
Kittel Ch.: Introduction to Solid State Physics. Eight Edition, Willey International Edition 2005
Meyers H.P.: Introductory Solid State Physics (Second Edition). CRC Press, London 2002.
Blakemore J.S.: Solid State Physics (Second Edition). Cambridge University Press 1985.
Jones R. A. L.: Soft Condensed Matter. Oxford Master Series in Physics, Oxford University Press 2002.
Raab M.: Materiály a člověk. Encyklopedický dům s.r.o., Praha 1999.
Last update: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D. (10.10.2017)
Kittel Ch.: Úvod do fyziky pevných látek. Academia, Praha 1985.�
Kratochvíl P., Valvoda V.: Úvod do fyziky pevných látek. UK Praha 1982 (skripta MFF).
Valvoda V., Polcarová M., Lukáč P.: Základy strukturní analýzy. Karolinum, Praha 1992.
Kraus I., Fiala J.: Elementární fyzika pevných látek. ČVUT, Praha 2017.
Ptáček L. a kol.: Nauka o materiálu I. Akademické nakladatelství CERM, Brno 2003 (druhé opravené a rozšířené vydání).
Ptáček L. a kol.: Nauka o materiálu II. Akademické nakladatelství CERM, Brno 2002 (druhé opravené a rozšířené vydání).
Frei V.: Fyzika pevných látek. SPN, Praha 1978 (středoškolská úroveň).
Valvoda V.: Krystalografie - Atomová struktura látek a její určování. Matfyzpress, Praha 2005 (spíše středoškolská úroveň).
Kittel Ch.: Introduction to Solid State Physics. Eight Edition, Willey International Edition 2005
Meyers H.P.: Introductory Solid State Physics (Second Edition). CRC Press, London 2002.
Blakemore J.S.: Solid State Physics (Second Edition). Cambridge University Press 1985.
Jones R. A. L.: Soft Condensed Matter. Oxford Master Series in Physics, Oxford University Press 2002.
Vobecký J., Záhlava V.: Elektronika – součástky a obvody, principy a příklady. Grada, Praha 2001.
Raab M.: Materiály a člověk. Encyklopedický dům s.r.o., Praha 1999.
Miodownik M.: Neobyčejné materiály. Dokořán & Argo, Praha 2016.
Requirements to the exam - Czech
Last update: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D. (10.10.2017)
Zkouška probíhá ústní formou. Požadavky ke zkoušce vychází ze sylabu přednášky. Pokud nebude v průběhu semestru odpřednášeno vše, co je uvedeno v sylabu, budou na poslední přednášce upřesněny požadavky ke zkoušce (neodpřednášená látka nebude zkoušena).
Kromě řádného termínu jsou možné dva termíny opravné.
Syllabus -
Last update: T_KDF (12.05.2015)
1. structure of condensed matter (lattices, crystal planes, crystal projections, the reciprocal lattice)
3. X-ray diffraction (theoretical background, Laue, Bragg, the atomic form factor, the structure factor, the Ewald construction, experimental methods, electron and neutron diffraction)
5. deformation of crystals (elastic, anelastic, plastic, creep), hardening, softening
6. thermodynamics of solids
7. lattice vibrations (the Einstein model, the Debye model, the linear lattice, counting modes, phonons and quantization, Brillouin zones, thermal properties)
8. electrons in solids (fundamental properties of the free electron gas, the periodic potential, the energy gap, electrical properties, semiconductors)
9. thermal, electric and magnetic properties of solids (heat capacity, thermal conductivity, the hall effect, diamagnetism, paramagnetic, ferromagnetism)
10. superconductivity (the Meissner effect, perfect diamagnetism, the London equations, the BCS theory)
11. new materials and technology
Last update: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D. (10.10.2017)
1. Základní charakteristiky kondenzovaných látek (KL)
síly, energie a časové škály v KL, plyny kapaliny a pevné látky (mezimolekulární síly, přehled vazeb, kapalnění a tuhnutí, fázový diagram), viskózní, elastické a viskoelastické chování látek, odezva KL na smykové napětí (Hookovské látky, Newtonowské kapaliny, základní představy o mechanismu odezvy na mikroskopické úrovni), kapaliny, skla a kovová skla (druhy skel, relaxační doba a viskozita, podchlazená kapalina, skelný přechod), amorfní látky, polymery (vazby v polymerech, termoplasty, reaktoplasty a elastoplasty), struktura pevných látek, krystalické látky a jejich struktura.
2. Struktura kondenzovaných látek
látky krystalické a amorfní, monokrystaly a polykrystaly, krystalové struktury, symetrie ideálních krystalů, krystalografické prvky symetrie a bodové grupy, prostorové mříže, Bravaisovy mřížky, značení směrů a rovin (Millerovy indexy), reciproká mříž, koordinační čísla, nejtěsnější uspořádání, tuhé roztoky, kapalné krystaly, kvazikrystaly, krystalické polymery a vlákna, kapalné krystaly, slitiny (binární fázové diagramy).
3. Vazby v krystalu
Van der Waalsova vazba, iontové krystaly (Madelungova konstanta, Madelungova energie a metody jejího výpočtu – Evjenova metoda), kovalentní vazba, kovová vazba, vodíková vazba, hydrofobní interakce, halogenová vazba, smíšené vazby.
4. Difrakce rentgenového záření a elektronů na krystalech
Laueho a Braggova teorie interakce rentgenového záření s krystalem, experimentální rentgenové metody, reciproká mříž a difrakční podmínky, Ewaldova konstrukce, strukturní faktor, atomový rozptylový faktor, difrakce elektronů, difrakce na polykrystalech.
5. Poruchy krystalových struktur
bodové poruchy (vakance, intersticiály, příměsové atomy, dislokace, napěťové pole dislokace, dvojčatění, vrstevné chyby a neúplné dislokace, hranice zrn a subzrn, maloúhlové hranice, vysokoúhlové hranice, rovnovážná koncentrace bodových poruch, napěťová pole dislokací.
6. Deformace krystalických látek
deformace a napětí, elastická deformace (jednoosý tah a tlak, elastická deformace ve smyku, maximální smykové napětí ve vzorku), Schmidův zákon, Schmidův orientační faktor, Hookův zákon a jeho zobecněný tvar (tenzor napětí, tenzor deformace), elastické konstanty a moduly, šíření elastických vln v krystalu, plastická deformace monokrystalů, plastická deformace polykrystalů, mechanizmy plastické deformace.
7. Tepelná kapacita krystalických látek
klasická teorie a její selhání (Dulongovo-Pettitovo pravidlo), Einsteinova teorie tepelné kapacity mřížky, kmitové stavy spojitého prostředí, Debyeova teorie tepelné kapacity mřížky, příspěvek elektronů k tepelné kapacitě pevné látky.
8. Kmity mříže
Bornův způsob ohraničení frekvenčního spektra, pružné vlny v nekonečném lineárním řetězci stejných atomů, kmity konečného lineárního řetězce stejných atomů, ekvivalence kmitového stavu a harmonického oscilátoru, fonony.
9. Elektrony v krystalických látkách
valenční elektrony v PL, Fermiho plyn volných elektronů, vliv vnějších polí, elektron
v periodickém poli, elektron jako částice v krystalu, elektron jako vlna v krystalu.
10. Pásová teorie pevných látek
energetická pásová struktura pevných látek (pásová struktura izolantů, kovů a polovodičů), Blochova věta, Kronigův-Penneyův model, Brillouinovy zóny, pohyb elektronů v jednorozměrném prostoru podle pásové teorie, efektivní hmotnost.
11. Aplikace fyziky polovodičů
polovodič vlastní a nevlastní, P-N přechod, polovodičová dioda, LED, bipolární tranzistor, unipolární tranzistory (JFET, MESFET, MOSFET)
12. Základy supravodivosti
objev supravodivosti, perzistentní stav, Meissnerův jev, izotopický jev, supravodiče I. a II. druhu, Cooperovy páry, vysokoteplotní supravodivost.
13. Tepelné, elektrické a magnetické vlastnosti krystalických látek
