Profesorado

Nicolás de la Rosa Fox

Situación

Prerrequisitos

Física(206003), Matemáticas(206001),Cristalografía y Mineralogía(206025),
Ciencia de los Materiales(206017), Química de Estado Sólido(206048), Metalurgía
(206042)
Y los conocimiento adquiridos en cursos anteriores.

Contexto dentro de la titulación

Proporciona los fundamentos de las propiedades físicas funcionales de los
materiales.

Recomendaciones

Asistencia a clase, redacción de los apuntes, consulta de la bibiografía
reomendada con el uso del aula virtual.

Competencias

Competencias transversales/genéricas

Trabajo en quipo
compromiso ético
tomar desiciones
rsolución de problemas
Buena expresión tanto hablada como escrita. Conocimiento de lenguas
extranjeras.

Competencias específicas

• Cognitivas(Saber):

  Manejar conceptos abstractos y lenguaje matemático
  Interpretar el teorema de Bloch y condiciones cuasiperiódicas en el
  sólido. Comportamiento del electrón en redes moleculares periódicas.

• Procedimentales/Instrumentales(Saber hacer):

  Resolver problemas de comportamiento del electrón en el seno de un
  sólido. Interpretación de patrones espectroscópicos.
  Evaluar y manejar modelos con datos experimentales de interacciones
  moleculares.

• Actitudinales:

  Respeto a sus compañeros, Respeto y cuidado del matrial didáctico.
  Compartir y participación en los conocimientos científicos que se
  manejan en la asignatura

Objetivos

Conocer y comprender algunas propiedades físicas de los sólidos. Aplicar los
conceptos a los materiales estructurales y funcionales.  Desarrollar los
conceptos matemáticos asociados a las diferentes propiedades de los sólidos.

Programa

Tema 1.       Espacio recíproco
1.  Planos cristalográficos. Índices de Miller.
2.  Retículo recíproco.
3.  Espacio recíproco; propiedades y simetría

Tema 2:   Difracción por cristales
1.  Fenómenos de dispersión en sólidos. La ley de Bragg.
2.      Factor de dispersión atómica.
3.  Condiciones de difracción por un cristal de base monoatómica:
ecuaciones de Laue.
4.  Condición de difracción y ley de Bragg; zonas de Brillouin.
5.  Sólidos con base poliatómica; factor de estructura.
6.  Difracciones de electrones y neutrones; analogías y diferencias con la
de rayos x.

Tema 3:   Ondas elásticas en la red atómica.

1.  Dinámica de una cadena monoatómica y de una diatómica lineales y
finitas en la aproximación clásica: ramas acústicas y ópticas
2.  Relación de dispersión de ondas reticulares en un sólido
tridimensional; generalización a tres dimensiones.
3.  Concepto de fonón.
4.  Interacción entre fonones; causas de dicha interacción e influencia en
las propiedades físicas.
5.  Dilatación térmica y conductividad térmica.
6.  Espectroscopias de Raman y Brillouin
7.  Capacidad calorífica.

Tema 4:   Propiedades electrónicas.
1.  La aproximación monoelectrónica.
2.  Modelos de Drude y Sommerfeld.  Concepto de energía y superficie de
Fermi.
3.  Capacidad calorífica electrónica, conductividad eléctrica, efecto Hall
y magnetoconductividad.
4.  Estados electrónicos en los cristales: bandas de energía.
5.  Modelo del electrón cuasi-libre: anchura de la banda prohibida
6.  Modelo del electrón fuertemente ligado.
7.  Clasificación de los sólidos en función de sus estructuras de bandas:
metales, aislantes, semiconductores, semimetales

Tema 5:   Dinámica de los electrones.
1.  Modelo semiclásico de la dinámica electrónica: concepto de masa
efectiva.  Generalización: el tensor masa efectiva.
2.  Concepto de hueco electrónico: propiedades.
3.  Dispersión de electrones en sólidos: resistividad.

Tema 6:   Semiconductores.
1.  Tipos de semiconductores.
2.  Densidad de portadores y nivel de Fermi en semiconductores intrínsecos
y extrínsecos.
3.  Propiedades eléctricas: conductividad y efecto Hall.
4.  Pseudoniveles de Fermi.
5.  Procesos de generación y recombinación de portadores de carga.
6.  Difusión de portadores; corrientes de difusión
7.  Unión metal-semiconductor.
8.  Unión p-n.
9.  Diodo y transistor. Diodos túnel.
10.  Otros dispositivos semiconductores.


Tema 7:   Dieléctricos.
1.  Campo eléctrico local.
2.  Constante dieléctrica y polarizabilidad.
3.  Polarización y constante dieléctrica.
4.  Polarizabilidades electrónica, iónica y dipolar.
5.  Propagación de ondas electromagnéticas por un sólido: relación entre
el índice de refracción y la constante dieléctrica.
6.  Relajación dieléctrica.
7.  Relaciones de dispersión.
8.  Fenomenología de la ferrolectricidad; estructura de dominios.
9.  Electrostricción y piezoelectricidad.

Tema 8:   Magnetismo en la materia

1.  Susceptibilidad magnética en sólidos
2.  Ecuaciones de Langevin del diamagnetismo
3.  Diamagnetismo de los electrones libres
4.  Susceptibilidad paramagnética en los sólidos; Ley de Curie
5.  Paramagnetismo de espín
6.  Desimanación adiabática
7  Fenomenología del ferromagnetismo
8.  Teoría del campo molecular de Weiss; interacción de canje
9.  Ondas de espín; magnones
10.  Anisotropía magnética; magnetostricción.
11.  Dominios magnéticos; paredes de Bloch.
12.  Ciclo de histéresis

Actividades

Seminarios.
Desarrollo de temas a propuesta del profesor.

Metodología

Clases expositivas:
Se harán deducciones sin sacrificar el concepto físico por un desarrollo
matemático perola distinguiendo entre el medio y el fin.
Junto con las hipótesis básicas,  se harán ver las limitaciones de los modelos
y las restricciones a su aplicación derivadas de las aproximaciones realizadas
en el desarrollo de la teorías.
El concepto físico se acompañará del sentido de utilidad, debido a la amplia
repecursión de la física de los sólidos en la tecnología actual.

Resolución de problemas:
Planteamiento problemas tanto conceptuales como numéricos.  Los primeros para
que, al relacionar varios conceptos, su solución muestre con claridad la
aplicación de una teoría; los segundos para familiarizarse con los métodos de
cálculo.  Se evitará la simple resolución de los problemas en la pizarra.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 134

• Clases Teóricas: 23  
• Clases Prácticas: 20  
• Exposiciones y Seminarios: 5  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas: 5  
  • Individules: 5  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 6  
  • Sin presencia del profesorado: 8  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 37  
  • Preparación de Trabajo Personal: 15  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 6  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal): 4  

Técnicas Docentes

Actividades dirigidas, aula virtual

Criterios y Sistemas de Evaluación

Realización de problemas propuestos
Asistencia habitual a las clases
Memoria de actividades.

Recursos Bibliográficos

Blakemore J.S., Solid State Physics (1969); Saunders.
Es un clásico, muy bien estructurado, recomendable por la claridad de la
exposición.  En general simplifica el tratamiento matemático al mínimo
indispensable. Los problemas al final de cada capítulo son aplicación directa
de la teoría expuesta, por lo que pueden servir de prueba de la compresión de
cada capítulo.

Elliot, S. The Physics and Chemistry of Solids (1998). John Wiley & Sons.
Es el libro más completo de entre los recientes incluyendo los tópicos
referentes a la síntesis y preparación de materiales  y a los sólidos amorfos
que no suele aparecer, al menos tan desarrollados, en otros textos.


Kittel, C., Introducción al Física del Estado Sólido (4ª ed.) (1975); Reverté.
Es, quizá, el texto por antonomasia de un curso de Física del Estado Sólido.
La séptima edición en inglés de 199 está muy cuidada.

Myers H.P. Introductory Solid State Physics
Presenta muchos apéndices complementarios donde se amplían los conocimientos
de un concepto presentado en el texto principal. También tiene una útil
colección de problemas con las soluciones al final del texto

Rogalski, M.S. and Palmer, S.B., Solid State Physics (2000) Gordon and Breach
Science Publishers
Es un texto de nivel intermedio que presenta un tratamiento adecuado de la
solución de los problemas dentro del formalismo cuántico. Incluye problemas
resueltos, otros sólo con sus soluciones y algunos tópicos explicados como
ejemplos de la teoría general

Omar, M. A., Elementary Solid State Physics (1993) Addison-Wesley.
Es un texto, efectivamente a un nivel elemental, que lo encuentro muy  a
propósito para nuestros alumnos pues recoge lo que a ellos les interesa de una
forma muy asequible  su formación previa.