Descripción y contextualización de la asignatura

En esta asignatura se adquieren las nociones básicas de física de estado sólido necesarias para comprender los modelos aceptados que explican las propiedades físicas de los materiales. Asimismo se desarrollan los fundamentos de las teorías actuales que describen el comportamiento electrónico, magnético, térmico y óptico de los materiales y se resuelven problemas prácticos relacionados con la dependencia de las propiedades de los materiales con diversos parámetros externos.

Dado el carácter multidisciplinar de la asignatura, los objetivos específicos de aprendizaje se centran en:

- Relacionar las diversas propiedades físicas y aplicaciones de las diferentes familias de materiales: metálicos, poliméricos, cerámicos (incluyendo los vidrios), compuestos y

funcionales con su estructura físico-química.

- Seleccionar materiales para aplicaciones concretas a partir de las correspondientes

propiedades físicas y especificaciones.

- Determinar todo tipo de propiedades de los materiales en cualquier etapa de su proceso

de producción, transformación y aplicación, mediante técnicas convencionales y otras

novedosas e interpretar adecuadamente la información obtenida.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

-Conocer la estructura, y los fundamentos de las propiedades eléctricas, magnéticas, térmicas y ópticas de distintos materiales incluyendo aislantes, conductores, semiconductores, poliméricos, cerámicos, compuestos y funcionales.



-Ser capaz de seleccionar materiales apropiados para aplicaciones

Concretas, a partir de sus propiedades





-Capacidad para evaluar las propiedades de los materiales en cualquier etapa de su proceso de producción, transformación y/o aplicación, mediante técnicas instrumentales adecuadas e interpretar adecuadamente la información obtenida.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

El alumno deberá asistir al 75% de las clases teóricas como mínimo.

Se realizará un seguimiento personalizado del alumno a lo largo de toda la asignatura, evaluando su formación respecto al comportamiento y participación en el aula, a los ejercicios, cuestiones, prácticas de laboratorio, etc. que se le planteen y a los trabajos que deberán presentar por escrito y exponer en clase.

Para solicitar la anulación de una convocatoria, el alumno deberá hacerlo vía correo electrónico, 15 días naturales antes de la fecha oficial de la evaluación (ver horario web máster). Este mail estará dirigido a la secretaría administrativa del máster (isabel.colino@ehu.es), poniendo en copia al coordinador del máster (tutor de su Plan Formativo).

El alumno debe comprobar que recibe la confirmación de la recepción del mensaje enviado en el plazo máximo de 2 días hábiles. El coordinador le da curso y, con posterioridad, informa por esa misma vía al coordinador de la asignatura.

Antes del comienzo de cada curso académico se carga en su web el horario con las fechas ofíciales de evaluación: http://www.ehu.eus/es/web/masteringenieriamaterialesavanzados/egutegia-eta-ordutegia#

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

En la convocatoria extraordinaria, el alumno realizará una prueba escrita que incluirá aspectos teóricos y prácticos sobre el contenido de la asignatura.

Temario

1. PROPIEDADES CRISTALINAS DE LOS SÓLIDOS:

Introducción. Redes cristalinas y sistemas cristalinos. El concepto de celda unidad. Redes de Bravais. Grupos puntuales de simetría. Grupos espaciales. Algunas estructuras cristalinas reales.

2. PROPIEDADES DIELÉCTRICAS CLÁSICAS DE LA MATERIA:

La aproximación dipolar clásica. El campo eléctrico macroscópico. El campo eléctrico local sobre un átomo. Constante dieléctrica y polarizabilidad. Cristales ferroeléctricos. Transiciones displacidas. Aplicaciones.

3. PROPIEDADES ÓPTICAS DE LA MATERIA EN EL MARCO DE LAS ECUACIONES DE MAXWELL:

La ecuación de onda en medios no magnéticos eléctricamente neutros. Propagación de una onda plana homogénea en un medio dieléctrico ideal infinito: el modelo de Lorentz, relación de dispersión. Constantes ópticas de un medio dieléctrico: índices de refracción y de extinción. Aproximación de Cauchy para medios poco densos. Propagación de una onda plana homogénea en un medio conductor ilimitado: relación de dispersión. Profundidad de piel de un metal. Constantes ópticas de un medio conductor: índices de refracción y de extinción, frecuencia del plasma. Propagación de ondas en la frontera de separación de dos medios dieléctricos no absorbentes: reflectancia y transmitancia. Propagación de la luz en cristales. Óptica no lineal.

4. FUNDAMENTOS DE MECÁNICA CUÁNTICA (1D):

Estructura fundamental de la materia: el modelo cuántico. Algunos ejemplos que muestran la inconsistencia de las teorías clásicas. La radiación del cuerpo negro: hipótesis de Planck. Naturaleza dual de la radiación electromagnética. El efecto fotoeléctrico. Ondas de materia: la hipótesis de De Broglie. La ecuación de onda de Schrödinger. Magnitudes observables en mecánica cuántica: valores esperados. Principio de incertidumbre. Ecuación de onda independiente del tiempo. Ejemplos: el electrón libre, el pozo de potencial infinito; el oscilador armónico; el pozo de potencial finito; escalones de potencial; barrera de potencial rectangular.

C-1 MECÁNICA CUÁNTICA EN TRES DIMENSIONES:

El pozo de potencial infinito. La ecuación de Schrödinger en coordenadas esféricas: separación de variables. Significado de los números cuánticos ml y l.

5. EL MODELO DE ELECTRONES LIBRES DE LOS METALES:

El gas de electrones libres en un pozo de potencial cuadrado infinito. La densidad de estados. Función de distribución de Fermi-Dirac. Nivel de Fermi y su relación con las propiedades electrónicas de un material.

6. CONDUCCIÓN ELÉCTRICA EN METALES Y ALEACIONES:

Introducción. Conductividad: teoría clásica del electrón. Conductividad: consideraciones cuánticas. Resultados experimentales y su interpretación. Conductividad en diferentes tipos de materiales. Superconductividad: teoría BCS. Superconductividad de alta temperatura.

7. BANDAS DE ENERGÍA EN CRISTALES:

El electrón en el campo periódico de un cristal: teorema de Bloch. Bandas de energía en un cristal unidimensional: el modelo de Kronig-Penney. Esquemas de zona en una dimensión. La red recíproca: zonas de Brillouin. Estructura de bandas de algunos metales y semiconductores.

8 SEMICONDUCTORES:

Estructura de bandas de los semiconductores. Semiconductores intrínsecos. Dinámica del electrón en el cristal: Masa efectiva. Conductividad en semiconductores intrínsecos. Semiconductores extrínsecos. Efecto Hall. Dispositivos semiconductores.

9 TRATAMIENTO MECANO-CUÁNTICO DE LAS PROPIEDADES ÓPTICAS:

Transiciones electrónicas entre bandas: introducción. Absorción de luz en transiciones electrónicas directas entre bandas: regla de oro de Fermi. El borde de absorción en semiconductores de “gap directo”. El borde de absorción en semiconductores de “gap indirecto”. Efectos excitónicos.

Luminiscencia: introducción. Luminiscencia entre bandas: materiales de “gap directo” e “indirecto” Fotoluminiscencia. Electroluminiscencia: principios generales de los dispositivos. Fuentes de luz láser: fundamentos y aplicaciones.



10 FUNDAMENTOS DE LAS PROPIEDADES MAGNÉTICAS:

Introducción. El campo magnético en la materia; la aproximación clásica: Diamagnetismo, Paramagnetismo y Ferromagnetismo. Antiferromagnetismo y Ferrimagnetismo. Teoría de Langevin del Diamagnetismo y Paramagnetismo. Consideraciones mecano-cuánticas: Paramagnetismo y Diamagnetismo. Ferromagnetismo y Antiferromagnetismo. Materiales y aplicaciones.

11 FUNDAMENTOS DE LAS PROPIEDADES TÉRMICAS:

Introducción. Calor, trabajo y energía. Capacidad calorífica. Energía cinética de un gas. Teoría clásica de la capacidad calorífica. Los modelos mecano-cuánticos: el fonón. Contribución elec

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

1. Comportamiento electrónico, térmico y óptico de los materiales.



J. FERNÁNDEZ, R. BALDA, A. J. GARCÍA-ADEVA, M. A. ARRIANDIAGA.



Parte I, II, III. Servicio de publicaciones. E.S. de Ingeniería de Bilbao (2005)



2. Cuadernos I y II de Física III. J. FERNANDEZ & R. BALDA. Servicio de publicaciones. E.S. de Ingeniería de Bilbao (2005).

Bibliografía básica

3. Introduction to Solid State Physics. CHARLES KITTEL. Wiley (seventh edition).

Electric Properties of Materials. R. E. HUMMEL. Springer-Verlag (third edition)

Bibliografía de profundización

4. Solid State Physics. H. IBACH & H. LÜTH. Springer (second edition).



5. Lectures on the Electrical Properties of Materials. L. SOLYMAR & D. WALSH. Oxford University Press (fourth edition).







5. Electric Properties of Materials. R. E. HUMMEL. Springer-Verlag (third edition)



4. Lectures on the Electrical Properties of Materials. L. SOLYMAR & D. WALSH. Oxford University Press (fourth edition)