LÝ THUYẾT CHẤT RẮN

Unknown
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

---------- & ----------

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC

LÝ THUYẾT CHẤT RẮN


1.  Thông tin về giảng viên:

- Họ và tên: Nguyễn Văn Hùng
- Chức danh: Giảng viên cao cấp, Giáo sư, Tiến sĩ Khoa học.
- Đơn vị: Bộ môn vật lý lý thuyết, Khoa Vật Lý, Trường ĐHKH Tự Nhiên.
- Thời gian địa điểm làm việc: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam
Phone: (84) 04-8771265, Fax: (84) 04-8584069, Email: hungnv@vnu.edu.vn

- Các hướng nghiên cứu chính : Nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc và các hiệu ứng
                                                        nhiệt động của các hệ vật chất.

2.  Thông tin chung về môn học

- TÊN MÔN HỌC : ĐIỆN ĐỘNG LỰC HỌC
- Mã số MH :
- Số tín chỉ     :
2 (3.1.4)
TCHP:

- Số tiết   - Tổng:
30
LT:
20
BT:
10
TN:

ĐA:

BTL:


(Ghi chú : Thực hành qua thảo luận, ứng dụng lý thuyết đã học)
- Ngành (CTĐT)
+ VẬT LÝ
- Đánh giá:
Điểm thứ  1 :
Hệ số 1
Kiểm tra giữa kỳ (45')

Điểm thứ  2 :
Hệ số 1


Điểm thứ  3 :
Hệ số 1
Thi cuối kỳ (120’)
- Môn tiên quyết       :
Môn học bắt buộc
MS:
- Môn học trước:
- CƠ HỌC LƯỢNG TỬ, CƠ HỌC LÝ THUYẾT, ĐIỆN ĐỘNG LỰC HỌC, VẬT LÝ THỐNG KÊ.
MS:
- Môn song hành và kế tiếp:
- Lý thuyết trường lượng tử, Thống kê lượng tử.
MS:
- Giờ tín chỉ đối với các hoạt động
- Nghe giảng lý thuyết trên lớp.
- Thảo luận, trên lớp theo chủ đề môn học.


- Đơn vị phụ trách môn học
Bộ môn vật lý lý thuyết, Khoa vật lý, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên.

3.  Mục tiêu môn học:

- Mục tiêu về kiến thức và kỹ năng: Nắm được các vấn đề cơ bản của môn học:
+ Cấu trúc và tính chất đối xứng của vật rắn.
+ Dao động mạng và phonon.
+ Các trạng thái của điện tử và cấu trúc vùng năng lượng.
+ Khí Fermi trong vật rắn.
+ Siêu dẫn.
+ Vật rắn trong trường ngoài tĩnh, từ tính.
+ Tương tác của photon với vật rắn.
+ Một số phương pháp xác định cấu trúc của vật rắn.
+ Các cơ sở vật lý của hệ cấu trúc nanô.                                                                                 
- Sau môn học có khả năng tự đọc các giáo trình vật lý lý lý thuyết, áp dụng các kiến thức vào các ngành khác như: Vật lý chất rắn, Khoa học vật liệu và một số ngành khác.
- Xây dựng được tư duy triết học các quá trình và hiện tượng vật lý trong vật liệu cũng như khả năng áp dụng trong kỹ thuật hiện đại.

4.  Tóm tắt nội dung môn học:

- Lý thuyết chất rắn là mụn học với thời lượng 2 tín chỉ nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về các vấn đề cơ bản trong nghiên cứu vật rắn như: Cấu trúc và tính chất đối xứng của vật rắn, Dao động mạng và phonon, Các trạng thái của điện tử và cấu trúc vùng năng lượng, Khí Fermi trong vật rắn, Tương tác của photon với vật rắn, Một số phương pháp xác định cấu trúc của vật rắn và Các cơ sở vật lý của hệ cấu trúc nanụ. Các phương pháp cổ điển, lượng tử và lượng tử hóa thứ cấp được sử dụng một cách thích hợp để dẫn giải các nội dung khoa học trong các bài giảng. Chương trỡnh nhằm trang bị cho người học những kiến thức cơ bản, những công cụ tính toán, những phương pháp quan trọng, cũng như tiếp cận những vấn đề hiện đại của lý thuyết chất rắn. Nó giúp người học có trình độ cần thiết để hoàn thành các khúa luận cử nhân, luận văn thạc sĩ và luận ỏn tiến sĩ, cũng như tiếp tục các nghiên cứu về lĩnh vực trên.

5.  Nội dung chi tiết môn học


Tuần
Nội dung
Tài liệu
Ghi chú
1
C Ch­¬ng 1 : CÊu tróc vµ tÝnh chÊt ®èi xøng cña vËt r¾n                      7    1.1.  CÊu thµnh vËt r¾n vµ thÕ liªn kÕt gi÷a c¸c nguyªn tö   7    1.2. C¸c m¹ng Bravais                                            
      1.3.  Vect¬ m¹ng ®¶o                                            
      1.4.  §Þnh lý Bloch                                              
      1.5.  Vïng Brillouin                                                                         
 1.6.  §iÒu kiÖn biªn tuÇn hoµn khÐp kÝn  Born-Karman           
[1]
- Giảng viên trình bầy các vấn đề cơ bản.
- SV đọc tài liệu, tự học ở nhà.
 

 2,3
C   Ch­¬ng 2 :  Dao ®éng m¹ng vµ phonon 
       2.1.  Ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña dao ®éng m¹ng                         
  2.2.  Dao ®éng trong hÖ mét chiÒu gåm mét lo¹i nguyªn tö               
  2.3.  Dao ®éng trong hÖ mét chiÒu gåm hai lo¹i nguyªn tö                 
  2.4.  Dao ®éng trªn m¹ng thùc-Dao ®éng ®Þnh xø                             
  2.5.  Ph­¬ng ph¸p luËn Hamilton trong gÇn ®óng ®iÒu hßa.
          Täa ®é chuÈn                                                                             
  2.6.  L­îng tö hãa c¸c dao ®éng m¹ng. C¸c phonon                          
  2.7.  To¸n tö ®é xª dÞch m¹ng                                                            
  2.8.  C¸c tr¹ng th¸i mét phonon                                                         
  2.9.  NhiÖt dung cña m¹ng tinh thÓ                                                    
  2.10.MËt ®é tr¹ng th¸i                                                                         
  2.11.T­¬ng t¸c phonon-phonon                                                         
  2.12.HiÖu øng phi ®iÒu hßa vµ d·n në nhiÖt                            
[1]
- Giảng viên trình bầy các vấn đề cơ bản.
- SV đọc tài liệu, tự học ở nhà.

4,5
Ch­¬ng 3 : C¸c tr¹ng th¸i cña ®iÖn tö vµ cÊu tróc vïng n¨ng
 l                    l­îng        
3.1.  C¸c ®iÖn tö tù do trong vËt r¾n.                                                    
3.2.  NhiÔu x¹ cña c¸c ®iÖn tö hãa trÞ.                                                  
3.3.  M« h×nh ®iÖn tö gÇn tù do.                                                         
3.4.  M« h×nh ®iÖn tö liªn kÕt m¹nh.                                                     
3.5.  M« h×nh sãng ph¼ng trùc giao.                                                  
3.6.  M« h×nh sãng ph¼ng liªn kÕt.                                                     
3.7.  Ph­¬ng ph¸p gØa thÕ m« h×nh.                                                      
3.8.  Ph©n lo¹i vËt r¾n theo cÊu tróc vïng n¨ng l­îng.                        
3.9.  CÆp ®iÖn tö-lç trèng, c¸c tr¹ng th¸i t¹p chÊt trong b¸n dÉn         
3.10.Ph­¬ng ph¸p k.p vµ ph­¬ng ph¸p khèi l­îng hiÖu dông.

[1]

- Giảng viên trình bầy các vấn đề cơ bản.
- SV đọc tài liệu, tự học ở nhà.
6,7
C  Ch­¬ng 4 : KhÝ Fermi trong vËt r¾n                                        
4.1.  Thèng kª Fermi ®èi víi c¸c ®iÖn tö.                                 4.2.  Thèng kª c¸c h¹t t¶i ®iÖn tÝch trong b¸n dÉn                         4.3.  §ãng gãp cña ®iÖn tö vµo nhiÖt dung cña vËt r¾n                     4.4.  NhiÔu x¹ cña ®iÖn tö trong tinh thÓ lý t­ëng                         4.5.  NhiÔu x¹ cña ®iÖn tö trong tinh thÓ cã dao ®éng                      4.6.  HÖ sè Debye-Waller                                                                    
4.7.  C¸c ®iÖn tö trªn mÆt tinh thÓ                                                       
4.8.  T­¬ng t¸c ®iÖn tö-®iÖn tö vµ che ch¾n tÜnh                           4.9.  T­¬ng t¸c ®iÖn tö-phonon                                                         
4.10.KÝch thÝch tËp thÓ cña khÝ ®iÖn tö. Plasmon                        
[1]
- Giảng viên trình bầy các vấn đề cơ bản.
- SV đọc tài liệu, tự học ở nhà.
8,9
C  Ch­¬ng 5 :  Siªu dÉn                                                 
5.1.  T­¬ng t¸c hiÖu dông (lùc hót) gi÷a c¸c ®iÖn tö                       5.2.  Tr¹ng th¸i liªn kÕt cña c¸c cÆp ®iÖn tö-CÆp Cooper                   5.3.  Tr¹ng th¸i c¬ b¶n cña khÝ ®iÖn tö siªu dÉn                           5.4.  C¸c tr¹ng th¸i kÝch thÝch vµ khe n¨ng l­îng                          5.5.  Sù phô thuéc nhiÖt ®é cña khe n¨ng l­îng                           5.6.  Dßng kh«ng gi¶m trong siªu dÉn                                   5.7.  HiÖu øng Meissner                                                                     
5.8.  §é dµi kÕt hîp vµ sù t­¬ng quan                                   5.9.  L­îng tö hãa dßng trong siªu dÉn                                                                           
5.10.Siªu dÉn lo¹i I vµ siªu dÉn lo¹i II                                 
5.11.Siªu dÉn nhiÖt ®é cao   
[1]
- Giảng viên trình bầy tóm tắt vì không còn thời gian.
- SV đọc tài liệu, tự học ở nhà.
9,10
C   Ch­¬ng 6: VËt r¾n trong tr­êng ngoµi tÜnh, tõ tÝnh                           
  6.1.  §iÖn tö tù do trong ®iÖn tr­êng                                                 
  6.2.  §iÖn tö tù do trong tõ tr­êng vµ c¸c møc Landau                     
  6.3.  Ph­¬ng tr×nh ®éng Boltzmann                                                  
  6.4.  §é dÉn ®iÖn vµ ®é dÉn nhiÖt                                                      
  6.5.  HiÖu øng Hall                                                                             
  6.6.  §iÖn tö trong tõ tr­êng m¹nh                                                    
[1]
- Giảng viên trình bầy tóm tắt vì không còn thời gian.
- SV đọc tài liệu, tự học ở nhà.
10,11
C  Ch­¬ng 7 : T­¬ng t¸c cña photon víi vËt r¾n                                        
7.1.  Lý thuyÕt vÜ m« vÒ t­¬ng t¸c cña ¸nh s¸ng víi vËt r¾n                7.2.  Photon                                                                                       
7.3.  T­¬ng t¸c ®iÖn tö-photon víi c¸c chuyÓn dÞch trùc tiÕp               7.4.  T­¬ng t¸c ®iÖn tö-photon víi c¸c chuyÓn dÞch gi¸n tiÕp               7.5.  HÊp thô hai photon                                                                     
7.6.  T­¬ng t¸c cña photon víi c¸c h¹t t¶i ®iÖn tù do                      7.7.  T­¬ng t¸c cña photon víi c¸c h¹t t¶i ®iÖn tù do trong tõ tr­êng     
7.8.  T­¬ng t¸c photon-phonon víi hÊp thô mét phonon                
7.9.  T­¬ng t¸c photon-phonon víi hÊp thô nhiÒu phonon               
[1]
- Giảng viên trình bầy tóm tắt vì không còn thời gian.
- SV đọc tài liệu, tự học ở nhà.
11,12
CCh­¬ng 8: Mét sè ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cÊu tróc cña vËtr¾n             
8.1.  Tia X vµ bøc x¹ Synchrotron                                                       
8.2.  Phæ quang ®iÖn tö                                                                   
8.3.  C­êng ®é phæ quang ®iÖn tö theo m« h×nh ba giai ®o¹n                                                           
8.6.  Lý thuyÕt l­îng tö vÒ t¸n x¹ trong XAFS                           
8.7.  Mét sè ph­¬ng ph¸p gÇn ®óng trong lý thuyÕt t¸n x¹                 8.8.  Lý thuyÕt XAFS víi t¸n x¹ nhiÒu lÇn trong khai triÓn   
           moment xung l­îng                                                                   
8.9.  Lý thuyÕt XAFS trong c¸c phÐp gÇn ®óng                        
8.10.C¸c hiÖu øng dao ®éng nhiÖt trong lý thuyÕt XAFS                
8.11.C¸c cumulant theo m« h×nh Einstein t­¬ng quan phi ®iÒu hßa      
[1]
- Giảng viên trình bầy tóm tắt vì không còn thời gian.
- Sinh viên tự đọc tài liệu ở nhà.

6.  Học liệu

Học liệu bắt buộc
1. Nguyễn Văn Hùng, Lý thuyết chất rắn, NXB. ĐHQGHN (Tái bản), Hà nội, 2000.
2. Nguyễn Văn Hiệu, Những giáo trình chuyên đề Vật lý, Hà nội, 1997.
Học liệu tham khảo:
3. J. M. Ziman, Principles of the Theory of Solids, Cambrige University Press, London, 1972.
4. Otfried Madelung, Festkoerpertheorie, Spring-Verlag, Berlin-Heidenberg-New York, 1972.
5. Charles Kittel, Introduction to Solid State Phyics, John Wiley&Sons, Inc., New York,
6. Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore (1986).
7. Đào Trần Cao, Cơ sở Vật lý Chất rắn, NXB. ĐHQGHN, 2004.

7.  Hình thức tổ chức dạy học

Nội dung
Hỡnh thức tổ chức dạy học mụn học
Tổng
Lờn lớp
Thực hành, thí nghiệm, điền dó, …
Tự học, tự nghiờn cứu
Lý thuyết
Bài tập
Thảo luận
     Nội dung 1 xột Cấu trúc và tính chất đối xứng của vật rắn, cụ thể là các vấn đề sau:                         
Cấu thành vật rắn và thế liên kết giữa các nguyên tử, Các mạng Bravais,  Vectơ mạng đảo, Định lý Bloch, Vùng Brillouin, Điều kiện biên tuần hoàn khép kín  Born-Karman                                                                                                           
6

3

4
13
N Nội dung 2 xột Dao động mạng và phonon 
    Phương trình chuyển động của dao động  mạng, Dao động trong hệ một chiều gồm    một loại nguyên tử, gồm hai loại nguyên tử,
    Dao động trên mạng thực-Dao động định xứ                            
Lượng tử hóa các dao động mạng. Các phonon,  Tương tác phonon-phonon, Hiệu ứng phi điều hòa và dãn nở nhiệt.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        
8

3

4
15
N Nội dung 3 xột Các trạng thái của điện tử v   và cấu trúc vùng năng lượng  như:      
     Nhiễu xạ của các điện tử hóa trị , Mô hình điện tử gần tự do, Mô hình điện tử gần tự do,  Mô hình điện tử liên kết mạnh, Mô  hình sóng phẳng trực giao, Mô hình sóng  phẳng liên kết,  Phương pháp gỉa thế mô hình, Phân loại vật rắn theo cấu trúc vùng
năng lượng, Cặp điện tử-lỗ trống, các trạng thái tạp chất trong bán dẫn, Phương pháp k.p và phương pháp khối lượng hiệu dụng.                                                                                             
8

3

4
15
N  Nội dung 4 xột Khí Fermi trong vật rắn:                                        
Thống kê Fermi đối với các điện tử, Thống kê các hạt tải điện tích trong bán dẫn, Thống kê các hạt tải điện tích trong bán dẫn, Đóng góp của điện tử vào nhiệt dung của vật rắn, Nhiễu xạ của điện tử trong tinh thể lý tưởng, Nhiễu xạ của điện tử trong tinh thể có dao động, Hệ số Debye-Waller, Các điện tử trên mặt tinh thể, Tương tác điện tử-điện tử và che chắn tĩnh, Tương tác điện tử-phonon.                                                         
8

3

4
15

7.1. Lịch trình tổ chức dạy học cụ thể

- Để chuẩn bị cho 1 giờ lí thuyết sinh viên cần 2 giờ chuẩn bị ở nhà, cho 2 giờ thực hành cần 1 giờ chuẩn bị, hoặc 3 giờ tự học, tự nghiên cứu (cho 1 giờ tín chỉ ở mỗi hình thức dạy học).
- Tuần thứ 1
Hình thức tổ chức dạy học
Thời gian, địa điểm

Nội dung chính
Yêu cầu SV
chuẩn bị
Ghi chú
Lí thuyết

N   Trong nội dung 1 xét CÊu tróc vµ tÝnh chÊt ®èi
     xøng cña vËt r¾n, cụ thể là các vấn đề sau:                          
CÊu thµnh vËt r¾n vµ thÕ liªn kÕt gi÷a c¸c nguyªn tö, C¸c m¹ng Bravais,  Vect¬ m¹ng ®¶o, §Þnh lý Bloch, Vïng Brillouin, §iÒu kiÖn biªn tuÇn hoµn khÐp kÝn  Born-Karman                                                                                                     
Đọc trước tài liệu về phần học.

Bài tập




Thảo luận

Chia nhóm thảo luận lý thuyết và các vấn đề liên quan.


Thực hành, thí nghiệm, điền dã, …




Tự học, tự nghiên cứu

SV tự học và đọc tài liệu ở nhà.


- Tuần thứ 2 đến tuần thứ 3
Hình thức tổ chức dạy học
Thời gian, địa điểm

Nội dung chính
Yêu cầu SV
chuẩn bị
Ghi chú
Lí thuyết

N  Trong nội dung 2 xét Dao ®éng m¹ng vµ phonon :
      Ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña dao ®éng mạng;
 Dao ®éng trong hÖ mét chiÒu gåm mét lo¹i nguyªn tö, gåm hai lo¹i nguyªn tö, Dao ®éng trªn m¹ng thùc-Dao ®éng ®Þnh xø, L­îng tö hãa c¸c dao ®éng m¹ng. C¸c phonon, T­¬ng t¸c phonon-phonon, HiÖu øng phi ®iÒu hßa vµ d·n në nhiÖt.
Đọc các phần theo hướng dẫn.

Bài tập




Thảo luận

Chia nhóm thảo luận lý thuyết và các vấn đề liên quan.


Thực hành, thí nghiệm, điền dã, …




Tự học, tự nghiên cứu

SV tự học và xét các ứng dụng.


- Tuần thứ 5 đến tuần thứ 6
Hình thức tổ chức dạy học
Thời gian, địa điểm

Nội dung chính
Yêu cầu SV
chuẩn bị
Ghi chú
Lí thuyết

Trong nội dung 3 xột Các trạng thái của điện tử và cấu trúc vùng năng lượng như: Nhiễu xạ của các điện tử hóa trị,  Mô hình điện tử gần tự do, Mô hình điện tử liên kết mạnh, Mô hình sóng phẳng trực giao, Mô hình sóng phẳng liên kết,  Phương pháp gỉa thế mô hình, Cặp điện tử-lỗ trống, các trạng thái tạp chất trong bán dẫn,
     Phương pháp k.p và phương pháp khối lượng hiệu dụng.
Đọc các phần theo hướng dẫn. 

Bài tập




Thảo luận

Chia nhóm thảo luận lý thuyết và các vấn đề ứng dụng


Thực hành, thí nghiệm, điền dã, …




Tự học, tự nghiên cứu

SV tự học và nghiên cứu ứng dụng.


- Tuần thứ 7 đến tuần thứ 8
Hình thức tổ chức dạy học
Thời gian, địa điểm

Nội dung chính
Yêu cầu SV
chuẩn bị
Ghi chú
Lí thuyết

Trong nội dung 4 xột Khí Fermi trong vật rắn:                                        
Thống kê Fermi đối với các điện tử, Thống kê các hạt tải điện tích trong bán dẫn, Thống kê các hạt tải điện tích trong bán dẫn, Đóng góp của điện tử vào nhiệt dung của vật rắn, Nhiễu xạ của điện tử trong tinh thể lý tưởng, Nhiễu xạ của điện tử trong tinh thể có dao động, Hệ số Debye-Waller, Các điện tử trên mặt tinh thể, Tương tác điện tử-điện tử và che chắn tĩnh, Tương tác điện tử-phonon.
Đọc các phần theo hướng dẫn. 

Bài tập




Thảo luận

Chia nhóm thảo luận lý thuyết và ứng dụng.


Thực hành, thí nghiệm, điền dã, …




Tự học, tự nghiên cứu

SV tự học và nghiên cứu các ứng dụng.


8.  Chính sách đối với môn học và các yêu cầu khác của giảng viên

- Cách thức đánh giá, sự hiện diện trên lớp, mức độ tích cực tham gia các hoạt động trên lớp, các qui định về thời hạn, chất lượng các bài tập, bài kiểm tra….

9.  Phương pháp, hình thức kiểm tra - đánh giá kết quả học tập môn học

- Phân chia các mục tiêu cho từng hình thức kiểm tra - đánh giá
- Kiểm tra – đánh giá thường xuyên
- Kiểm tra - đánh giá định kì
- Bao gồm các phần sau (trọng số của từng phần do giảng viên đề xuất, chủ nhiệm bộ môn thông qua):
- Tham gia học tập trên lớp (đi học đầy đủ, chuẩn bị bài tốt và tích cực thảo luận, …);
- Phần tự học, tự nghiên cứu (hoàn thành tốt nội dung, nhiệm vụ mà giảng viên giao cho cá nhân /tuần; bài tập nhóm /tháng; bài tập cá nhân/ học kì, …);
- Hoạt động theo nhóm
- Kiểm tra - đánh giá giữa kì
- Kiểm tra - đánh giá cuối kì
- Các kiểm tra khác

9.1. Phương pháp đánh giá môn học:

TT
Phương pháp đánh giá
Số lần đánh giá
Trọng số (%)
1
Kiểm tra giữa học kỳ
1
30
2
Bài tập, tiểu luận, thuyết trình
1
20
3
Thi cuối học kỳ (bắt buộc)
1
50
- Tiêu chí đánh giá các loại bài tập
- Lịch thi, kiểm tra (kể cả thi lại)
DUYỆT CỦA TRƯỜNG
P.CHỦ NHIỆM KHOA
GIẢNG VIÊN
KT. HIỆU TRƯỞNG ĐH KHTN
PHÓ HIỆU TRƯỞNG




PGS.TS. Bùi Duy Cam






GS.TS. Nguyễn Quang Báu






Nguyễn Văn Hùng


Category: 0 nhận xét

0 nhận xét:

Đăng nhận xét

Đăng ký: Đăng Nhận xét (Atom)