F3 Fyzika kondenzovaných látek a materiálový výzkum

English version

Seznam požadavků ke státní doktorské zkoušce

Seznam požadavků ke státní doktorské zkoušce platný na základě akreditace z roku 2007

Jsou kladeny otázky širšího zaměření a jejich úkolem je prověřit schopnost posluchače orientovat se v dané problematice.

 

I. Širší základ:

 

1.         Kvantověmechanický popis atomů a kondenzovaných látek

2.         Systémy mnoha částic

3.         Elektronové stavy v atomech a kondenzovaných látkách

4.         Interakce kvantového systému s elektromagnetickým zářením

5.         Klasické a kvantové statistické soubory 

6.         Termodynamické veličiny

7.         Ideální, klasické a kvantové plyny

8.         Fermiony a bosony při nízkých teplotách

9.         Fázové přechody

10.       Nerovnovážné procesy v kondenzovaných látkách

 

II. Pokročilé partie oboru:

 

1.         Struktura a mikrostruktura kondenzovaných systémů

2.         Fonony

3.         Elektronová a atomová struktura a interakce v kondenzovaných systémech

4.         Kovy a polovodiče

5.         Dielektrika a feroelektrika

6.         Magnetismus

7.         Fyzika kondenzovaných systémů při nízkých teplotách, supravodivost a supratekutost

 

III. Specializace

 

Otázky z předmětu specializace budou navrženy školitelem. Komise vybírá jednu z alespoň tří navržených otázek.

 

Doporučená literatura

 

N. W. Ashcroft, N. D. Mermin:  Solid State Physics. Sounders Coll. Publishing, Philadelphia 1988.

B. Barbara, D. Gignoux, C. Vettier:  Lectures on Modern Magnetism. Springer–Verlag, Berlin 1988.

E. W. Cahn, E. Lifshin:  Concise Encyclopedia of Materials Characterization. Pergamon Press, Oxford 1993.

H. Ibach, H. Luth:  Solid–State Physics. Springer–Verlag, Berlin 1991.

C. Kittel:  Introduction to Solid State Physics, vydání po roce 2003.

P. Kratochvíl, P. Lukáč, B. Sprušil:  Úvod do fyziky kovů I. SNTL, Praha 1984.

R. Kužel, M. Saxlová, J. Šternberk: Úvod do fyziky kovů II. SNTL, Praha 1985.

S. Šafrata a kol.:  Fyzika nízkých teplot. Matfyzpress, Praha 1998.

V. Valvoda, M. Polcarová, P. Lukáč:  Základy strukturní analýzy. Karolinum, Praha 1992.

J. M. Ziman:  Principles of the Theory of Solids. Cambridge University Press, Cambridge 1965.

K. H. J. Buschow, R. W. Cahn, M. C. Flemings, B. Ilschner, E. J. Kramer, S. Mahajan:  The Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Pergamon Press, Oxford 2001.

 

Dále následuje podrobnější rozpis jako pomůcka pro studenty, co jednotlivé otázky mohou zahrnovat.

 

I. Širší základ:

Kvantověmechanický popis atomů a kondenzovaných látek

Schrödingerova a Diracova rovnice, vlnová funkce, okrajové podminky, matice hustoty, Liouvilleova rovnice.

 

Systémy mnoha částic

Symetrie vlnových funkcí, Pauliho princip, druhé kvantování, bosony, fermiony.

 

Elektronové stavy v atomech a kondenzovaných látkách

Diskrétní a spojitá spektra, hustota stavů, jednoelektronové přiblížení, kvazičástice, metody řešení Schrödingerovy rovnice, variační princip.

 

Interakce kvantového systému s elektromagnetickým zářením

Absorpce a emise fotonů, stimulovaná a spontání emise - Einsteinovy koeficienty, Fermiho zlaté pravidlo, výběrová pravidla, přirozená šířka spektrální čáry.

 

Klasické a kvantové statistické soubory

Kriteria jejich použití, statistické veličiny, chemický potenciál.

 

Termodynamické veličiny

Extensivní, intenzivní, termodynamické potenciály, stavové veličiny.

 

Ideální, klasické a kvantové plyny

Obsazovací čísla, limitní případy: Boltzmannovo, Bose-Einsteinovo, Fermi-Diracovo rozdělení.

 

Fermiony a bosony při nízkých teplotách

Pauliho paramagnetismus, Bose-Einsteinova kondenzace.

 

Fázové přechody

První a druhý druh, Landauova teorie, kritické jevy

 

Nerovnovážné procesy v kondenzovaných látkách

Markovův proces, master equation, lineární odezva, fluktuačně-dissipační teorém.

 

II. Pokročilé partie oboru:

Struktura a mikrostruktura kondenzovaných systémů 

Bodová a translační symetrie, reciproký prostor, krystalová vazba, reálná struktura látek a metody jejího určování – rozptyl rtg. záření a neutronů, elektronová mikroskopie, AFM, akustické metody, NMR, PAC, Mössbauerova spektroskopie, pozitronová anihilace, mSR.

 

Fonony

Kmity krystalové mříže, tepelné vlastnosti krystalů, Debyeův a Einsteinův model, specifická tepla, teplotní roztažnost – experimentální metody měření příslušných veličin, infračervená a Ramanova spektroskopie.

 

Elektronová a atomová struktura a interakce v kondenzovaných systémech

Elektrony v pevné látce: volné elektrony, pásová struktura, hustota stavů, Fermiho energie a plochy, kovy a polovodiče, metody výpočtů a měření elektronových  stavů – PES, LEED, Auger a další). Spinový hamiltonián, hyperjemné interakce.

 

Kovy a polovodiče

Pásová struktura, transportní vlastnosti, elektron-fononová interakce, kvazičástice, rozptylové mechanismy. Povrchy a rozhraní, p-n přechody. Mechanické vlastnosti kovů, elasticita a plasticita.

 

Dielektrika a feroelektrika

Dielektrická funkce, Clausius-Mossottiova relace, elektronová a iontová polarizace-frekvenční závislost, síla oscilátoru, klasifikace ferroelektrik, měkký mód, experimentální metody měření permitivity a strukturních fázových přechodů.

 

Magnetismus

Magnetické momenty a interakce; magnetické vlastnosti látek. Vznik a charakter magnetického uspořádání. Magnetismus nízkodimenzionálních systémů. Jaderný magnetismus. Experimentální metody studia magnetických vlastností: makroskopické a mikroskopické metody, metody přímé a nepřímé.

 

Fyzika kondenzovaných systémů při nízkých teplotách, supravodivost a supratekutost

Kolektivní jevy. Základní představy o supravodivosti a supratekutosti: fenomenologický popis, Cooperovy páry, supravodiče I. a II. druhu, kvantování magnetického toku, Josephsonovy jevy, SQUID, fázové diagramy a základní vlastnosti 4He a 3He.  Hyperjemné interakce a jejich využití.