IM2601 Fasta tillståndets fysik

Transkript

1 IM2601 Fasta tillståndets fysik Introduktion Kursen i ett större perspektiv Klassificering av fasta material Klassificering av kristallina material - atomstruktur 1

2 Forskning inom fysik idag - en översikt Exempel: Antal publicerade artiklar i Physical Review år 2006 Phys. Rev. A - atom, molecular and optical physics 2125 (17%) Phys. Rev. B - condensed matter and materials physics 5403 (42%) Phys. Rev. C - nuclear physics 764 (6%) Phys. Rev. D - particles, fields, gravitation and cosmology 2299 (18%) Phys. Rev. E - statistical, non-linear and soft matter physics 2192 (17%) Totalt (100%) 2

3 Kondenserade materiens fysik Rubriker hämtade från Phys. Rev. B Struktur, strukturella fasövergångar, mekaniska egenskaper, defekter Inhomogena, oordnade och delvis ordnade system Dynamik, dynamiska system, gitterdefekter Magnetism Supraledning och supraflytande vätskor Elektronstruktur och starkt korrelerade system Halvledare 1: bulk Halvledare II: ytor, interface, mikrostruktur och relaterade ämnen Ytfysik, nanostrukturfysik, lågdimensionella system 3

4 IM2601 Fasta tillståndets fysik Kursen i perspektiv Detta är grundkursen i fasta tillståndets fysik! Varje delområde kräver ytterligare minst en specialkurs. Använder kunskaper från praktiskt taget alla andra kurser på TFYS. Konsekvenser Mycket större bredd än en vanlig kurs. Ställer höga krav på förmågan att ta till sig nya begrepp. 4

5 IM2602 Fasta tillståndets fysik - tilläggskurs Mål Förstå hur man binder ihop grundkursen med modern forskning. Kunna skriva populärvetenskapligt om forskningen inom området. Lämplig för Alla som avser att läsa en fysikmaster. Andra intresserade. Krav Kan endast läsas ihop med IM2601 Fasta tillståndets fysik. 5

6 Klassificering av material kondenserade materiens fysik FTF fasta material vätskor gaser plasma kristallina material amorfa kvasikristallina mjuka material material material plaster biologiska material enkristaller polykristaller textur 6

7 Fasta material Kristallina material Atomerna är ordnade i periodiskt återkommande mönster Vanliga i naturen. Exempel: metaller, diamant, legeringar Amorfa material Atomerna är helt slumpvis ordnade och saknar ordning på långa avstånd Förekommer i naturen. Exempel: fönsterglas Kvasikristallina material Har 5- eller 10-faldiga symmetriaxlar och ordning på långa avstånd. Upptäcktes i labb 1984 (Nobelpriset i kemi 2011). Första naturliga kvasikristallen upptäcktes

8 Fasta material - andra klassificeringar Elektriska egenskaper Metall, halvledare eller isolator Magnetiska egenskaper Diamagnetism, paramagnetism, ferromagnetism, antiferromagnetism etc Dielektriska egenskaper Dielektrisk, ferroelektrisk, piezoelektrisk, antiferroelektrisk etc Mikrostruktur Vakanser, dislokationer, korngränser, kornstorlek etc 8

9 Bravaisgitter i 2 dimensioner - 5 styck Hexagonalt Kvadratiskt Rektangulärt Centrerat rektangulärt a 2 a 1 j a 1 a 2 j Oblikt Kvadratiskt, a 1 = a 2 ; j = 90 Rektangulärt, a 1 a 2 ; j = 90 a 1 a 2 j a 1 a 2 a a 1 a 2 a Hexagonalt, a 1 = a 2 ; j = 120 Centrerat rektangulärt, a 1 a 2 ; a = 90 Oblikt, a 1 a 2 ; a 90 9

10 Bravaisgitter i 3 dimensioner - 14 styck Kubisk (3 st) Hexagonal (1 st) Trigonal (1 st) Tetragonal (2 st) Ortorombisk (4 st) Monoklin (2 st) Triklin (1 st) Kubiska kristallsystemet, a 1 = a 2 = a 3 ; a = b = g = 90 Enkelt kubiskt Rymdcentrerat kubiskt (bcc) Ytcentrerat kubiskt (fcc) 10

11 Bravaisgitter i 3 dimensioner - forts Tetragonala kristallsystemet, a 1 = a 2 a 3 ; a = b = g = 90 Enkelt tetragonalt Rymdcentrerat tetragonalt Ortorombiska kristallsystemet, a 1 a 2 a 3 ; a = b = g = 90 Enkelt ortorombiskt Rymdcentrerat ortorombiskt Basytcentrerat ortorombiskt Ytcentrerat ortorombiskt 11

12 Bravaisgitter i 3 dimensioner - forts Hexagonala kristallsystemet, a 1 = a 2 a 3 ; a = b = 90 ; g = 120 Enkelt hexagonalt Trigonala (romboedriska) kristallsystemet, a 1 = a 2 = a 3 ; a = b = g 90 Enkelt trigonalt 12

13 Bravaisgitter i 3 dimensioner - forts Monoklina kristallsystemet, a 1 a 2 a 3 ; a = g = 90 ; b 90 Enkelt monoklint Basytcentrerat monoklint Triklina kristallsystemet, a 1 a 2 a 3 ; a b g Enkelt triklint 13

14 Konceptfråga - atomstruktur Vilken eller vilka av dessa ytor kan man använda som primitiv enhetscell när man beskriver atomstrukturen nedan (gittervektorer längs med kanterna på ytorna)? A B C D E F G H I J K 14

15 Konceptfråga - atomstruktur Vilken kemisk formel har materialet på bilden vars enhetscell är utritad som en kub? A. SrTi8O12 B. SrTi2O6 C. SrTiO3 D. SrTiO Titan, Ti Strontium, Sr Syre, 0 E. SrTi2O3 F. Ingen av dessa 15