Física del Estado Sólido

Integrar conceptos y nociones sobre distintas propiedades físicas ya aprendidas en cursos anteriores y utilizarlos como parte esencial del desarrollo de la física de los sólidos.

Conocer las propiedades de los sólidos cristalinos en términos de sus constituyentes -átomos (red) y electrones- de su estado de movimiento o de las interacciones entre ellos.

Fomentar el interés y la capacidad del alumno para catalogar y modelizar los fenómenos subyacentes a las propiedades de los sólidos cristalinos, así como comprender las principales aproximaciones (adiabática, armónica, partículas independientes, campo medio, etc.) empleadas en esta disciplina.

Conocer y estimar el orden de magnitud de las principales propiedades de los sólidos cristalinos y magnitudes asociadas.

Potenciar la percepción del alumno de sistemas físicamente diferentes pero que muestran analogías, permitiendo la aplicación de soluciones ya conocidas a nuevos fenómenos.

Fomentar y formar al alumno en la utilización de las fuentes bibliográficas para la obtención de documentación relativa los temas estudiados o datos necesarios para la resolución de problemas.

Desarrollar las capacidades de análisis y síntesis del alumno, así como de comunicación oral y escrita.

RESULTADOS DEL APRENDIZAJE. El alumno demostrará:
- Tener conocimientos de las propiedades de los sólidos cristalinos en términos de sus constituyentes - átomos (red) y electrones- de su estado de movimiento y de las interacciones entre ellos.
- Conocer los principales modelos desarrollados para explicar los fenómenos subyacentes a las propiedades de los sólidos cristalinos, así como una buena comprensión de las principales aproximaciones empleadas en esta disciplina.
- Tener capacidad para aplicar los conocimientos adquiridos sobre modelos, aproximaciones, etc. a la solución de cuestiones relativas a la física de sólidos cristalinos.
- Tener conocimientos y capacidad para realizar estimaciones a la vista de las principales propiedades de los sólidos cristalinos y magnitudes asociadas y manejo con soltura de las referidas órdenes de magnitud.
- Tener capacidad para buscar y manejar bibliografía y fuentes de información relativas a la física de los sólidos.
- Tener capacidad de análisis y de síntesis, así como de comunicación oral y escrita de estudios, resultados, etc.

1. ESTRUCTURA CRISTALINA. Distribución periódica de átomos. Tipos fundamentales de redes. Ejemplos de estructuras. Huecos estructurales. Defectos reticulares: vacantes y dislocaciones
2. REDE RECÍPROCA Y DIFRACCIÓN DE RAYOS X. Sistemas de planos reticulares: índices de Miller. Rede recíproca. Difracción de ondas por los cristales. Zonas de Brillouin. Factor de estructura de la base
3. ENLACE CRISTALINO. Cristales de gases inertes. Cristales iónicos. Cristales covalentes. Enlace metálico
4. DINÁMICA DE REDES. Vibraciones en cristales monoatómicos y poliatómicos. Cuantización de las vibraciones: fonones. Vibraciones en cristales iónicos. Dispersión inelástica de fonones
5. PROPIEDADES TÉRMICAS RETICULARES. Densidad de modos. Calor específico reticular. Dilatación térmica. Conductividad térmica
6. GAS DE FERMI DE ELECTRONES LIBRES. Estado fundamental. Calor específico del gas electrónico. Conductividades eléctrica y térmica. Ley de Wiedemann-Franz. Efecto Hall y magnetorresistencia. Propiedades ópticas
7. BANDAS DE ENERGÍA. Ecuación de Schrödinger en un potencial periódico: estados Bloch. Modelo de electrones cuasilibres y fuertemente ligados. Superficies de Fermi. Metales y aislantes
8. DINÁMICA SEMICLASICA DE ELECTRONES BLOCH. Ecuaciones de movimiento. Masa efectiva. Movimiento en campos eléctricos. Movimiento en campos magnéticos
9. CRISTALES SEMICONDUCTORES. Estatística de portadores. Dopado de semiconductores. Influencia de las impurezas en la concentración de portadores. Conductividad y movilidad. Semiconductores inhomogéneos: la unión p-n
10. MAGNETISMO. Diamagnetismo: ecuación de Langevin. Paramagnetismo: ley de Curie. Interacción de canje. Orden ferromagnético. Dominios ferromagnéticos: histéresis. Orden ferrimagnético y antiferromagnético
11. SUPERCONDUCTIVIDAD. Efecto Meissner y corrientes persistentes. Ecuaciones de London. Campos magnéticos críticos. Teorías BCS y Ginzburg Landau. Cuantización del flujo magnético. Efecto Josephson. Supercondutividad de alta temperatura

Básica:

1. C. Kittel.
Introducción a la Física del Estado Sólido, Ed. Reverté (3ª edición española 1993).
2. N.W. Ashcroft and N.D. Mermin.
Solid State Physics, Ed. Holt, Rinehart and Winston, Philadelphia 1975.
3. J. Maza, J. Mosqueira y J.A. Veira, Física del Estado Sólido, Manuais Universitarios (USC, 2008).
4. J. Maza, J. Mosqueira y J.A. Veira.
Física del Estado Sólido. Ejercicios resueltos, Manuais Universitarios (USC, 2009).
5. L. Mihály and M.C. Martin.
Solid State Physics. Problems and solutions, Ed. Wiley-VCH (2ª edición 2009).


Complementaria:

- P.V. Pavlov y A.F. Jojlov, Física del Estado Sólido, Ed. MIR, 1987.
- H.M. Rosenberg, El estado sólido, Ed. Alianza Universidad, 1991.
- H.E. Hall, Física del Estado Sólido, Ed. Limusa, 1978.
- H. Ibach and H. Lüth, Solid-State Physics, Ed. Springer-Verlag, 1991.
- G. Burns, Solid State Physics, Ed. Academic Press, 1985.
- J. S. Blakemore, Solid State Physics, Cambridge University Press, London 1985.
- J. M. Ziman, Principios de la Teoría de Sólidos, Ed. Selecciones Científicas 1969.
- H.J. Goldsmid, Problemas de Física del Estado Sólido, Ed. Reverté 1975.
- J. Piqueras y J.M. Rojo
Problemas de Introducción a la Física del Estado Sólido, Ed.Alhambra, 1980.

Recursos en la red:
- Apuntes y presentaciones de la asignatura en el campus virtual

BÁSICAS:
- Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
- Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.
- Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.

GENERALES:
- Poseer y comprender los conceptos, métodos y resultados más importantes de las distintas ramas de la Física, con perspectiva histórica de su desarrollo.
- Tener la capacidad de reunir e interpretar datos, información y resultados relevantes, obtener conclusiones y emitir informes razonados en problemas científicos, tecnológicos o de otros ámbitos que requieran el uso de conocimientos de la Física.
- Aplicar tanto los conocimientos teóricos-prácticos adquiridos como la capacidad de análisis y de abstracción en la definición y planteamiento de problemas y en la búsqueda de sus soluciones tanto en contextos académicos como profesionales.

TRANSVERSALES:
- Adquirir capacidad de análisis y síntesis.
- Tener capacidad de organización y planificación.
- Desarrollar el razonamiento crítico.

ESPECÍFICAS:
- Tener una buena comprensión de las teorías físicas más importantes, localizando en su estructura lógica y matemática, su soporte experimental y el fenómeno físico que puede ser descrito a través de ellos.
- Ser capaz de manejar claramente los órdenes de magnitud y realizar estimaciones adecuadas con el fin de desarrollar una clara percepción de situaciones que, aunque físicamente diferentes, muestren alguna analogía, permitiendo el uso de soluciones conocidas a nuevos problemas.
- Ser capaz de realizar lo esencial de un proceso o situación y establecer un modelo de trabajo del mismo, así como realizar las aproximaciones requeridas con el objeto de reducir el problema hasta un nivel manejable. Demostrará poseer pensamiento crítico para construir modelos físicos.
- Comprender y dominar el uso de los métodos matemáticos y numéricos más comúnmente utilizados en Física
- Ser capaz de manejar, buscar y utilizar bibliografía, así como cualquier fuente de información relevante y aplicarla a trabajos de investigación y desarrollo técnico de proyectos.

El contenido básico de los temas de la asignatura será abordado en las clases expositivas. Cada tema se iniciará con una breve introducción de su contenido, posicionándolo en el contexto global de la asignatura -y en general en el de los contenidos del Grado de Física- y se concluirá con un resumen destacándose los aspectos más relevantes. El esquema general de las clases expositivas será:
- Definición/Descripción del sistema o propiedad física que se quiere estudiar indicando los observables relevantes, sus órdenes de magnitud, etc.
- Hipótesis, aproximaciones, simplificaciones, etc. que se utilizarán en el desarrollo del tema con el fin de elaborar un modelo matemático.
- Comparación de los resultados de los modelos con los experimentales y discusión de las limitaciones de tales modelos, posibles extensiones, etc.

Hay publicado por la USC un manual de la asignatura (Referencia bibliográfica Num. 3) con los contenidos de cada tema expuestos siguiendo este mismo esquema por lo que no es necesario que el alumno tome nota exhaustiva de las explicaciones del profesor. De hecho, la mayor parte de los desarrollos matemáticos inherentes a los contenidos de la asignatura se obvian en la exposición, pudiendo seguirse en el citado manual. Además, el material utilizado para las exposiciones estará disposición del alumno.

En las clases interactivas se abordará la explicación, tanto conceptual como de desarrollo, de los ejercicios suministrados con anterioridad al alumno. Existe también un manual de ejercicios resueltos (Referencia bibliográfica Num. 4) de la asignatura publicado por la USC, por lo que estas clases no se dedicarán a la mera resolución de los ejercicios (que el alumno puede ver en el citado manual) sino que se tratará de incidir en las hipótesis, aproximaciones, etc. subyacentes en los modelos aprendidos, en el manejo y asimilación de órdenes de magnitud, etc. En el manual de ejercicios resueltos se incluye también una colección de ejercicios propuestos (en su mayoría extraídos de exámenes de otros cursos con contenidos similares a este) acompañados de la solución (aunque no de su desarrollo) con el fin de que el alumno pueda ir realizando un proceso continuo de autoevaluación. Esta actividad permitirá comprobar tanto al profesor como al alumno el grado de comprensión y asimilación de la materia impartida. Además, en estas sesiones se propondrán periódicamente cuestiones o ejercicios de respuesta relativamente breve (se trata de realizarlos durante una clase normal) que el alumno deberá realizar, por escrito, individualmente y que servirán como material para su evaluación continua.

En las sesiones de tutoría se incidirá en el seguimiento de la comprensión u asimilación por parte del alumno de los contenidos de la asignatura así como en la resolución de las dudas que este plantee y en su guía de forma personalizada en el aprendizaje de la asignatura.

La asistencia a clases y sesiones de tutoría son voluntarias, si bien para la nota final se valorará la asistencia a las mismas.

El sistema de evaluación consta de dos partes complementarias:

a) evaluación continua, que representará el 40% de la calificación final, y que consistirá en la entrega y/o realización de ejercicios en la hora de clase.

b) evaluación a través de un examen final presencial que se llevará a cabo en las fechas oficiales establecidas por el centro

La calificación del estudiante en la primera oportunidad corresponderá al máximo entre la calificación del examen final, y el promedio de las calificaciones obtenidas en la evaluación continua (40% de la nota) y el examen final (60% de la nota). La misma regla se aplica a la segunda oportunidad, para la cual se mantiene la evaluación continua.

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación la recogida en la Norma de evaluación del rendimiento académico de los alumnos y de revisión de calificaciones”.

Horas
-Clases expositivas: 32
-Clases interactivas: 24
-Tutorías personalizadas: 4

-Trabajo personal: 90, dividido de la siguiente forma
Estudio autónomo individual o en grupo: 50
Escritura de ejercicios, conclusiones u otros trabajos: 5
Lecturas recomendadas, actividades en biblioteca o similar: 10
Preparación de presentaciones orales, debates o similar: 20
Asistencia a charlas, exposiciones y otras actividades recomendadas: 5

Para un idóneo seguimiento del curso se recomienda haber cursado las asignaturas Electromagnetismo, Termodinámica e Teoría Cinética, Física Estadística y Física Cuántica.

La disponibilidad de manuales bien adaptados a los contenidos de la asignatura puede facilitar el trabajo personal por parte del alumno. El manual de ejercicios resueltos editado por la USC contiene las soluciones explicadas de los problemas incluidos en los Boletines que se les suministran a los alumnos. Se recomienda, sin embargo, que el alumno trate de resolver por sí mismo los ejercicios propuestos, utilizando lo aprendido en las clases y utilizar el manual sólo en los casos de mayor dificultad o para la verificación de los resultados. Se recomienda igualmente que además de la posible utilización de estos manuales se manejen otros textos sobre la temática, en particular las Referencias bibliográficas Nums. 1 y 2.