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Academic Year/course: 2023/24

60042 - Quantum theory of condensed matter


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
60042 - Quantum theory of condensed matter
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
538 - Master's in Physics and Physical Technologies
589 - Master's in Physics and Physical Technologies
ECTS:
5.0
Year:
1
Semester:
First semester
Subject type:
Optional
Module:
---

1. General information

The subject describes the behaviour of condensed matter from the point of view of quantum mechanics, focusing on the formulation of quantum field theory for many-body systems. It is recommended for students with a previous background in quantum physics and statistical physics. This subject is related to low temperature physics and quantum technologies (second semester).

 

The subject quantum theory of condensed matter can be recommended to any student interested in the behaviour of matter, especially when matter is composed of strongly interacting particles. The subject discusses the physics of electrons in metals, superconductivity and superfluidity, low-

dimensionality systems such as graphene and carbon nanotubes, and other strongly correlated systems.

 

These approaches and objectives of the subject are aligned with the following Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 2030 Agenda:

SDG 4 Quality education.

SDG 9 Industry, innovation and infrastructure.

2. Learning results

  • To analyse and compare different quantum models of matter.
  • To describe the vibrational properties of molecules and solids.
  • To estimate electronic properties of molecules and solids.
  • To calculate electronic structures of molecules

 

3. Syllabus

The topics to be covered in the subject are:

 

1. Introduction: problems in the treatment of many-body physics. From particles to fields. Quasiparticles.

2. The second quantification. Fock's space.

3. Systems of interacting fermions: metals. Fermi gas, Fermi liquid, shielding and the

random phase approximation. Wigner crystal.

4. Boson systems. Bose-Einstein condensation: ideal gas of bosons and bosons with weak interaction.

Microscopic theories of superconductivity and superfluidity.

5. Low dimensional systems. Graphene. One-dimensional interacting systems: Luttinger liquid.

6. Linear response theory: correlation functions.

4. Academic activities

The subject is based on a series of lectures on the topics listed in the syllabus and also on the personal work of the students (mainly in the expansion of their knowledge through the study of the selected texts and the solving of the proposed exercises). As far as possible, these classes may be complemented by seminars given by renowned researchers in the field.

The program offers the students help to achieve the expected results and comprises the following activities:

activities:

-Lectures on the main topics of the subject.

-Problem solving related to the contents of the subject.

-Knowledge and use of computer tools in the field of the subject.

 

5. Assessment system

The student must demonstrate that they has achieved the expected learning results by means of the following

assessment activities:

 

1) The assessment will be based (up to a maximum of 75%) on the solving of a series of proposed problems (theoretical and/or computational) related to the subject and/or the exposition of topics related to the subject proposed by the faculty. The remaining percentage of the grade will be based on the result of the completion of a theoretical-practical test.

 

2) Passing the subject by means of a single global test.

The subject has been designed primarily for students attending classes. However, there will also be an

assessment test for students who are unable to attend classes or who fail their first assessment.

 

The test will consist of a questionnaire with theory and exercises on the topics covered during the term.

 

 

 


Curso Académico: 2023/24

60042 - Teoría cuántica de la materia condensada


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
60042 - Teoría cuántica de la materia condensada
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
538 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas
589 - Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas
Créditos:
5.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

La asignatura describe el comportamiento de la materia condensada desde el punto de vista de la Mecánica Cuántica, centrándose en la formulación de la teoría de campos cuántica para los sistemas de muchos cuerpos. Se recomienda a estudiantes con una formación previa en Física Cuántica y Física Estadística. Este curso está relacionado con el de Física de Bajas Temperaturas y Tecnologías Cuánticas (segundo semestre).

La asignatura de Teoría Cuántica de la Materia Condensada se puede recomendar a cualquier estudiante interesado en el comportamiento de la materia, sobre todo cuando la materia esta compuesta de partículas que interaccionan fuertemente. En el curso se discute la física de los electrones en los metales, la superconductividad y superfluidez, los sistemas de baja
dimensionalidad tales como el grafeno y los nanotubos de carbono, y otros sistemas fuertemente correlacionados.

Estos planteamientos y objetivos de la asignatura están alineados con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas:
ODS 4 Educación de calidad.
ODS 9 Industria, innovación e infraestructura.

2. Resultados de aprendizaje

- Analizar y comparar diversos modelos cuánticos de la materia.

- Describir las propiedades vibracionales de moléculas y sólidos.

- Estimar propiedades electrónicas de moléculas y sólidos.

- Calcular estructuras electrónicas de moléculas

3. Programa de la asignatura

Los temas a tratar en la asignatura son:

1.Introducción: Los problemas en el tratamiento de la física de muchos cuerpos. Desde las partículas a los campos. Cuasipartículas.
2. La segunda cuantificación. El espacio de Fock.
3. Sistemas de fermiones interaccionantes: metales. Gas de Fermi, líquido de Fermi, apantallamiento y la
aproximación de fase aleatoria. Cristal de Wigner.
4. Sistemas de bosones. La condensación de Bose-Einstein: gas ideal de bosones y bosones con interacción débil.
Teorías microscópicas de la superconductividad y la superfluidez.
5. Sistemas de baja dimensionalidad. El grafeno. Sistemas unidimensionales que interactúan: líquido de Luttinger.
6. La teoría de la respuesta lineal: funciones de correlación

 

4. Actividades académicas

La asignatura se basa en una serie de clases magistrales sobre los temas listados en el programa de la asignatura y también en el trabajo personal de los/as estudiantes (principalmente en la ampliación de sus conocimientos a través del estudio de los textos seleccionados y en la resolución de los ejercicios propuestos). En la medida de lo posible, estas clases se podrán complementar con seminarios a cargo de investigadores de reconocido prestigio en el campo

 

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes
actividades:
Clases magistrales sobre los temas de la asignatura
Resolución de problemas relacionados con los contenidos de la asignatura.
Conocimiento y manejo de herramientas computacionales en el ámbito de la asignatura.

 

5. Sistema de evaluación

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes
actividades de evaluación:


1) La evaluación se fundamentará (hasta un máximo del 75%) en la resolución de una serie de problemas propuestos (teóricos y/o computacionales) relacionados con el curso y/o la exposición de temas relacionados con la asignatura propuestos por los profesores.
El porcentaje restante de la calificación se basará en el resultado de la realización de una prueba teórico-práctica.

 

2) Superación de la asignatura mediante una prueba global única:
El curso ha sido diseñado principalmente para los estudiantes que asistan a las clases. Sin embargo, también habrá una
prueba de evaluación para los/as estudiantes que no puedan asistir a las clases o que fracasen en su primera evaluación.

La prueba consistirá en la resolución de un cuestionario con teoría y ejercicios sobre los temas vistos durante el curso.