Esta asignatura tiene por objetivo familiarizar a los y las estudiantes con los fenómenos físicos relacionados con la dinámica de los electrones y de la red en un sólido, y le proporciona la preparación teórica básica para comprender la Física de la Materia Condensada y sus múltiples aplicaciones prácticas.



Presupone un buen conocimiento de la Física Cuántica y extiende su dominio de aplicación de los átomos y moléculas a los sólidos cristalinos.



Aquellas personas interesadas en profundizar sus conocimientos en este campo pueden cursar además la asignatura optativa "Física del Estado Sólodo II".

Se trabajarán especialmente las siguientes competencias (se indica entre paréntesis las correspondientes competencias específicas de la titulación y las del Módulo M07: Física de Estado Sólido):



-Ser capaz de organizar, planificar y aprender autónomamente los conceptos fundamentales de la Física del Estado Sólido, basándose en el estudio independiente de la bibliografía obligatoria y en la resolución de ejercicios asignados regularmente (G001, G005, G006, M07CM02 y M07CM03)



-Comprender teóricamente los fenómenos físicos relacionados con la dinámica electrónica y de red en el sólido y conocer los modelos teóricos más relevantes: Modelo de Drude, teorema de Bloch y teoría de bandas electrónicas, aproximación tight-binding, aproximación armónica a las vibraciones de red y teoría de los semiconductores. (G002 y M07CM01)



-Interpretar y correlacionar los datos experimentales más importantes con los distintos modelos de dinámica electrónica y de la red en el sólido. (G004 y M07CM01)

1- Introducción

Aproximación de Born-Oppenheimer. Electrones en sólidos. Partículas independientes. Bandas de energía. Metales, aislantes y semiconductores.



2- El modelo de Drude

Introducción. Conductividad dc. Efecto Hall y magnetorresistencia. Conductividad ac. Conductividad térmica y efectos termoeléctricos.



3- El modelo de Sommerfeld

Modelo de electrones libres. El estado base del gas de electrones. Estadística de Fermi-Dirac. Propiedades térmicas del gas de electrones. Conducción eléctrica y térmica.



4- Redes cristalinas

Redes de Bravais. Ejemplos. Celdas primitiva, convencional y de Wigner-Seitz. Estructuras cristalinas. Ejemplos. Red recíproca: definiciones y ejemplos. Zona de Brillouin.



5- Electrones en cristales

Potencial periódico. Teorema de Bloch. Condiciones de Born-von Karman. Superficie de Fermi. Densidad de estados. Electrones casi libres: Teoría de perturbaciones. Aparición de gaps de energía. Bandas en 1D y 3D. Electrones fuertemente ligados: método LCAO. Formulación en 1D y 3D.



6- Dinámica vibracional

Aproximación armónica. Vibraciones de red. Ejemplos: Red monoatómica unidimensional. Condiciones de contorno. Red unidimensional con una base. Modos acústicos y ópticos. Red tridimensional monoatómica. Matriz dinámica. Relaciones de dispersión. Conexión con la teoría de la elasticidad. Condicionamientos de la simetría. Modos transversales y longitudinales. Ley de Dulong-Petit.



7- Teoría cuántica del cristal armónico

Cuantización. Relaciones generales. Operadores de creación y aniquilación. Energía vibracional. Distribución térmica de fonones. Calor especifico. Expresiones generales discreta y continua. Densidad de modos. Modelos de Einstein y de Debye. Temperatura de Debye.



8- Semiconductores

Propiedades generales. Estructura de bandas. Portadores en equilibrio térmico. Semiconductores intrínsecos y extrínsecos. Semiconductores inhomogéneos. La unión p-n.

El libro de texto indicado en la bibliografía (Ashcroft y N. D. Mermin) se utilizará desde el primer día de clase y es imprescindible para poder seguir la asignatura, por lo que es muy recomendable que se disponga de él antes de empezar el curso.

Alternativamente también se recomienda el texto de H. Ibach & H. Lüth (Solid-State Physics), disponible en formato electrónico en la biblioteca de la UPV/EHU.



Una parte de las prácticas de aula (GA) serán evaluadas como examenes parciales escritos (véase aclaraciones sobre la evaluación), que comprenderán los temas 1-4, el tema 5 y los temas 6-7.

Durante el curso 2021-22, debido a la situación creada por el COVID-19, es posible que no puedan impartirse los cursos de manera presencial, o se altere el método de impartición de los cursos lectivos, transformándose en cursos on-line mediante tele-docencia o métodos similares.

• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Prueba escrita a desarrollar (%): 90
  • Realización de prácticas (ejercicios, casos o problemas) (%): 10

Método de evaluación:

P= Participación alumno en prácticas de aula

E= Examen final escrito

Nota asignatura = 10%P +90% E

En la convocatoria extraordinaria (junio-julio) el examen final constituye siempre el 100% de la nota de la asignatura.

* N. W. Ashcroft y N. D. Mermin, "Solid State Physics", Saunders College Publishing 1976.
* Egela: https://egela.ehu.eus/course/view.php?id=21798
* Harald Ibach & Hans Lüth. Solid-State Physics. Springer (2009), ISBN 978-3-540-93803-3

Bibliografía básica

* N. W. Ashcroft y N. D. Mermin, Solid State Physics, Saunders College Publishing 1976.



* Harald Ibach & Hans Lüth. Solid-State Physics. Springer (2009), ISBN 978-3-540-93803-3



* C. Kittel, Introducción a la Física del Estado Sólido, Springer 1995.



* Jesús Maza, Jesús Mosqueira y José Antonio Veira, Física del Estado Sólido, Ejercicios resueltos. Universidade de Santiago de Compostela, Servicio de publicaciones 2009.



* Fuxiang Han, Problems in solid state physics with solutions. World scientific, Singapore

2012.