Lista pitanja (s potpitanjima) za ispit iz

Osnova fizike čvrstog stanja

1. Kristalna struktura 1.1. Objasniti što su elementarna ćelija, Wiegner-Seitzova ćelija, Bravaisova rešetka, jednostavni translacijski vektori, kristalografski sustavi ! Nabrojati i opisati kristalografske sustave ! Koji su osnovni parametri elementarne ćelije ? Da li je amorfno stanje stabilno stanje sistema ? 1.2. Što su operacije simetrije i koje operacije simetrije postoje za kristalnu rešetku ! Koje su vrste rotacija simetrije moguće u kristalnoj rešetki, i zašto ? 1.3. Nabrojati i opisati vrste kubične rešetke ! Koje vrstu rešetke ima NaCl a koju CsCl (opisati, nacrtati) ? 1.4. Opisati heksagonsku rešetku ! 1.5. Objasniti što je recipročna rešetka, a što su Millerovi indeksi ! 1.6. Nabrojati i ukratko objasniti vrste elementarnih pobuđenja kristala ! 1.7. Nabrojati i opisati statičke defekte kristalne strukture !   2. Međuatomske veze u kristalima 2.1. Nabrojiti vrste kemijskih veza, njihova svojstva te materijale u kojima se obično pojavljuju ! Što je kohezivna energija ? Koje se vrste veza najjače a koje najslabije ? 2.2. Izvesti izraz za privlačenje neutralnih sustava ?   3. Dinamika kristalne rešetke 3.1. Izvesti izraz za spektar titranja linearne jednoatomske rešetke ! Koja su osnovna svojstva spektra (ovisnost o valnom vektoru) ? 3.2. Izvesti izraz za spektar titranja linearne rešetke s dva atoma u elementarnoj ćeliji ! Koja su osnovna svojstva spektra (ovisnost o valnom vektoru) ? Što su to akustička a što optička titranja rešetke ? Kako ovisi broj različitih optičkih titranja o broju atoma u elementarnoj ćeliji ? 3.3. Izvesti izraz za permitivnost ionskog kristala s dva iona po elementarnoj ćeliji ! Koja vrst fononskih titranja utječe na ponašanje permitivnosti ? 3.4. Izvesti izraze za broj akustičkih i optičkih fonona na konačnoj temperaturi. 3.5. Odrediti toplinski kapacitet kristalne rešetke ! Što je to Debyev model ? Kako toplinski kapacitet zavisi od temperature na niskim a kako na visokim temperaturama ? Kako optički fononi utječu na toplinski kapacitet ? 3.6. Kako dolazi do toplinskog širenja kristala - obrazložiti ! 3.7. Kako se amplituda titranja kristala ponaša na niskim a kako na visokim temperaturama ! 3.8. Izvesti izraze za difrakciju neutrona na kristalnoj rešetki ! Koje se veličine mogu mjeriti u neutronskoj difrakciji ?   4. Sommerfeldov model metala 4.1. Obrazložiti što je Sommerfeldov model metala te izvesti izraz za gustoću stanja. Navesti pet materijala koji su metali ! 4.2. Odrediti kako ovisi Fermijeva energija o koncentraciji elektrona u Sommerfeldovom modelu ! Kako ovisi Fermijeva brzina o koncentraciji elektrona ? 4.3. Odrediti ponašanje toplinskog kapaciteta o temperaturi u Sommerfeldovom modelu ! Usporediti doprinose toplinskom kapacitetu koji dolaze od elektrona i od titranja rešetke !   5. Elektron u periodičnom potencijalu 5.1. Navesti glavne osobine energijskog spektra elektrona koji se gibaju u periodičnom potencijalu ! Koja je razlika između slobodnog elektronskog plina i elektrona u realnim metalima? Koja je približna ovisnost energije o valnom vektoru (impulsu) u periodičnom potencijalu i u čemu se ona razlikuje od energije slobodnih elektrona? 5.2. Objasniti pojam efektivne mase te izvesti izraz za nju ! 5.3. Objasniti koncept šupljina ! Čemu je jednaka masa šupljine ? 5.4. Objasniti rentgenski spektar metala ! Koju je fizikalnu veličinu moguće odrediti iz rentgenskog spektra ?   6. Prijenosne pojave 6.1. Izvesti izraz za srednju brinu elektrona i mobilnost u Drudeovom modelu ! Koliki je srednji slobodni put elektrona po klasičnoj fizici a koliko je on doista iznosi za tipični metal (sigma = 107 (Ohm-m)-1) ? Kakva je temperaturna ovisnost vodljivosti po klasičnoj fizici, a kakva te doista opažena u mjerenjima ? 6.2. Izvesti izraz za toplinsku vodljivost u Drudeovom modelu ! Kako se zove omjer toplinske vodljivosti i električne vodljivosti podijeljen s temperaturom ? Čemu je taj omjer jednak u klasičnoj fizici a čemu u Sommerfeldovom modelu ? 6.3. Izvesti izraze za Hallov efekt ! Koja je važnost mjerenja Hallove konstante ? 6.4. Izvesti izraz za električnu vodljivost u oscilirajućem električnom polju ! Nacrtati realni i imaginarni dio vodljivosti kao funkciju frekvencije ! 6.5. Što je to Matthiessenovo pravilo ? 6.6. Kako ovisi otpor binarnih legura kao funkcija koncentracije ? Obrazložiti ! 6.7. Izvesti izraz za otpor idealnog metala (bez primjesa) kada glavni doprinos otporu dolazi od sudara na fononima ! Koja je temperaturna ovisnost otpora koji dolazi od sudara na primjesama ? 6.8. Diskutirati valjanost Wiedemann-Franzovog zakona !   7. Poluvodiči 7.1. Što su to poluvodiči i u čemu se oni razlikuju od metala (vodljivost, struktura vrpci, vrste čestica koje vode struju, tipični materijali) ? 7.2. Izvesti izraz za intrinzičnu vodljivost poluvodiča (bez primjesa) ! Čemu je jednak broj elektrona i šupljina Čemu je jednaka Fermijeva energija ? 7.3. Kakve vrste primjesa postoje u poluvodičima i kako one utječu na svojstva poluvodiča ?   8. Magnetska svojstva metala 8.1. Nabrojiti vrste magnetskih pojava (magnetizma) koje se pojavljuju i koja su njihova osnovna svojstva. Što je to susceptibilnost ? Zbog čega dolazi do magnetizma u materijalima ? 8.2. Izvesti izraz za susceptibilnost koja dolazi od atomskog dijamagnetizma ! U kojim se vrstama materijala se atomski dijamagnetizam pojavljuje ? 8.3. Izvesti izraz za susceptibilnost koja dolazi od atomskog paramagnetizma (spin = 1/2) ! U kojim se vrstama materijala se atomski paramagnetizam pojavljuje ? 8.4. Izvesti izraz za Paulijevu susceptibilnost ! U kojim je materijalima Paulijevu susceptibilnost dominantna ? 8.5. Što je to Landauov dijamagnetizam i čemu je jednaka ukupna susceptibilnost metala ? 8.6. Što je to feromagnetizam (gdje se pojavljuje, kako, ovisnost magnetizacije o magnetskom polju, ..) ? 8.7. Izvesti Curie-Weissov zakon !   9. Supravodljivost 9.1. Nabrojiti i obrazložiti osnovna svojstva supravodljivosti i koje vrste supravodiča poznajemo ? 9.2. Ispričati osnovne pretpostavke BCS teorije supravodljivosti ! Što znači kratica BCS ? 9.3. Što je Josephsonov efekt - obrazložiti ! Što je nestacionarni Josephsonov efekt ?