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Academic Year/course: 2023/24

447 - Degree in Physics

26930 - Solid State II


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
26930 - Solid State II
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
447 - Degree in Physics
ECTS:
6.0
Year:
4
Semester:
Second semester
Subject type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

This subject provides the student with knowledge of the theories that describe different cooperative phenomena in solid, such as magnetism and superconductivity. It introduces the student to the current theories on real solid and nanostructured materials. This subject is part of the Structure of Matter module of degree in Physics and constitutes, together with Solid State Physics I, the subgroup of subjects of contents related to the phenomenology and formalism of condensed matter physics. Therefore, it will provide the minimum base necessary to be able to continue with more specialized subjects in related Masters, such as Condensed Matter Physics and Nanostructured Materials and their Applications.

2. Learning results

  • To know the problems and limitations encountered by classical physics and the need to introduce a description at the microscopic level. 

  • To understand the physical meaning of relevant properties of condensed matter, such as transport and magnetic phenomena. 

  • To address real applications that students may encounter in their subsequent professional activity. To relate basic concepts and interpret the relevance of quantum physics to explain physical phenomena.

  • To be able to address specific problems in science and technology of materials of industrial interest due to their electrical, magnetic or superconducting properties. 

  • To know the phenomenology and theories of magnetism of the atom and solids from a microscopic point of view.

  • To know the phenomena related to superconductivity and the semiphenomenological and quantum-mechanical theories governing this phenomenon. 

  • To know the relevance of surface effects in relation to the magnetic, dielectric and superconducting properties of nanostructured materials. 

  • Dielectric phenomena based on the microscopic structure of matter.

  • The Solid State Physics II subject is a fundamental element for the consolidation of their learning of the concepts and tools provided by quantum mechanics. It prepares students for their professional career in the field of research or other professional fields of new materials or theories related to them.

 

3. Syllabus

  • Topic I: Dielectrics and ferroelectrics: macroscopic description. Microscopic theory: polarizability. Ferroelectricity Theory of phase transitions.

  • Topic II: Diamagnetism and paramagnetism: localized and free electrons. Classical and quantum theories.

  • Topic III: Ferromagnetism: long-range order. Exchange interaction. Mean field theory. Magnetism of metals and insulators. Antiferro and ferrimagnetism. Magnetic domains.

  • Topic IV: Superconductivity: Meissner effect.  Superconducting gap. Classical and quantum theory. Vortex networks. Andreev Reflection.

  • Topic V: Nanostructures: observation techniques. Nanoparticles. Thin films.

 

4. Academic activities

  • Lectures: they present to the student the basic theoretical contents to achieve the acquisition of the associated technical competences (CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE6, CE10)
  • Problem solving: allows the acquisition of technical competences from a practical point of view (CE1, CE2, CE3, CE5, CE6, CE10)
  • Oral presentations by students. Each student will give at least a 10-minute summary at the beginning of the class, dealing with the content of the previous day's class. This task will be assigned to a student each day.
  • Completion of reports of seminars to broaden knowledge scheduled within the framework of the subject (usually two per term)
  • Practical laboratory demonstrations: allow the acquisition of knowledge of some relevant techniques in the characterization of solids (CE7, CE8, CE9) 

 

5. Assessment system

Passing the continuous evaluation activities

a) Completion of problems and questions on each of the topics of the subject throughout the teaching period Oral presentation of these papers by designation of the teacher. Attendance and writing of a summary of the seminars given within the framework of the subject.  The average grade for this activity will account for 20% of the final grade. The teacher will assign them individually based on the work developed throughout the term.

b) Carrying out practical laboratory demonstrations throughout the teaching period. Students must submit a written report of the laboratory sessions conducted. The grade of these reports constitutes 10% of the final grade.

c) Result of the examination test, which shall constitute 70% of the overall result. The exam will consist of two parts, one of theoretical questions, and another of problems. The result of the exam will be 75% of the grade of the theoretical part and 25% of the exercises.

The student will be able to obtain 100% of the final grade of the subject through activities a, b, c.


Passing the subject by means of a single global test

The evaluation will be obtained directly from a written examination test.

 


Curso Académico: 2023/24

447 - Graduado en Física

26930 - Estado sólido II


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
26930 - Estado sólido II
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
447 - Graduado en Física
Créditos:
6.0
Curso:
4
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

Esta asignatura proporciona al alumno conocimientos de las teorías que describen distintos fenómenos cooperativos en los sólidos, como el magnetismo y la superconductividad. Aproxima al alumno al conocimiento de las teorías actuales sobre los sólidos reales y los materiales nanoestructurados. Esta asignatura se enmarca en el módulo de Estructura de la Materia del grado en Física y constituye junto con la Física del Estado Sólido I el subgrupo de asignaturas de contenidos relacionados con la fenomenología y formalismo de la Física de la materia condensada. Por tanto esta asignatura proporcionará la base mínima necesaria para poder proseguir con más especializadas en Másteres relacionados, como el de Física de la Materia Condensada y Materiales nanoestructurados y sus Aplicaciones.

2. Resultados de aprendizaje

  • Conocer los problemas y limitaciones encontrados por la física clásica y la necesidad de introducir una descripción a nivel microscópico.
  • Entender el significado físico de las propiedades relevantes de la Materia Condensada, como los fenómenos de transporte y magnéticos.
  • Abordar aplicaciones reales que se pueda encontrar el alumno en su posterior actividad profesional. Relacionar conceptos básicos e interpretar la relevancia de la Física cuántica para explicar los fenómenos físicos.
  • Poder abordar problemas específicos en ciencia y tecnología de materiales de interés industrial por sus propiedades eléctricas, magnéticas o superconductoras.
  • Conocimiento de la fenomenología y teorías del magnetismo del átomo y de los sólidos desde un punto de vista microscópico.
  • Conocer los fenómenos relacionados con la superconductividad y las teorías semifenomenológicas y mecano-cuánticas que rigen este fenómeno.
  • Conocimiento de la relevancia de los efectos de superficie en relación a las propiedades magnéticas, dieléctricas y superconductoras de materiales nanoestructurados.
  • Fenómenos dieléctricos en base a la estructura microscópica de la materia.
  • La asignatura de Física del Estado sólido II constituye un elemento fundamental para la consolidación de su aprendizaje de los conceptos y herramientas proporcionados por la mecánica cuántica. Prepara al alumno para su salida profesional en el ámbito de la investigación u otros ámbitos profesionales en el ámbito de los nuevos materiales o teorías relacionadas con los mismos.

3. Programa de la asignatura

  • Tema I: Dieléctricos y ferroeléctricos: descripción macroscópica. Teoría microscópica: polarizabilidad. Ferroelectricidad. Teoría de transiciones de fase.
  • Tema II: Diamagnetismo y paramagnetismo: electrones localizados y libres. Teorías clásicas y cuánticas.
  • Tema III: Ferromagnetismo: orden de largo alcance. Interacción de canje. Teoría de campo medio. Magnetismo de metales y aislantes. Antiferro y ferrimagnetismo. Dominios magnéticos.
  • Tema IV: Superconductividad: Efecto Meissner.  Gap superconductor. Teoría clásica y cuántica. Redes de vórtices. Reflexión Andreev.
  • Tema V: Nanoestructuras: técnicas de observación. Nanopartículas. Láminas delgadas.

4. Actividades académicas

- Lecciones magistrales: presentan al alumno los contenidos teóricos básicos para lograr la adquisición por su parte de las competencias técnicas asociadas (CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE6, CE10).

- Realización de problemas: permiten la adquisición de las competencias técnicas desde un punto de vista práctico (CE1,CE2, CE3, CE5, CE6, CE10).

- Presentaciones orales por parte de los alumnos. Cada alumno realizará por lo menos un resumen de 10 minutos al comienzo de la clase, versando sobre el contenido de la clase del día anterior. Esta tarea será asignada cada día a un alumno.

- Realización de informes de seminarios de ampliación de conocimientos programados en el marco de la asignatura (usualmente dos por curso)

- Realización de demostraciones prácticas de laboratorio: permiten la adquisición conocimiento de algunas técnicas

relevantes en la caracterización de los sólidos (CE7, CE8, CE9).

5. Sistema de evaluación

Superación de las actividades de evaluación continua

a) Realización de problemas y cuestiones sobre cada uno de los temas de la asignatura a lo largo del periodo de impartición de la asignatura. Presentación oral por designación del profesor de estos trabajos. Asistencia y redacción de un resumen delos seminarios impartidos en el marco de la asignatura.  La nota promedio de esta actividad supondrá el 20% de la nota final. El profesor los asignará individualmente por la labor desarrollada a lo largo del curso.

b) Realización de demostraciones prácticas de laboratorio a lo largo del periodo de impartición de la asignatura. Los alumnos deberán entregar un informe escrito de las sesiones de laboratorio realizadas. La nota de estos informes constituye el 10% de la nota final.

c) Resultado de la prueba de examen que constituirá un 70% del resultado global. El examen consistirá en dos partes, una de cuestiones teóricas, y otra de problemas. El resultado de la prueba de examen será el 75% la nota de la parte teórica y 25% los ejercicios

El alumno podrá obtener el 100% de la calificación final de la asignatura a través de las actividades a, b, c.

 

Superación de la asignatura mediante una prueba global única

La evaluación se obtendrá directamente a partir de una prueba de examen escrita.