GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik Curt Nyberg, Igor Zoric

Relevanta dokument
Har Du frågor angående uppgifterna: kontakta någon av lärarna, vid lektionerna, via e-post eller på deras rum:

TENTAMEN I FASTA TILLSTÅNDETS FYSIK F3/KF3 FFY011

TENTAMEN I FASTA TILLSTÅNDETS FYSIK F3/KF3 FFY011

Föreläsning 1. Elektronen som partikel (kap 2)

Re(A 0. λ K=2π/λ FONONER

Välkomna till kursen i elektroniska material!

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Teoridel

0. Lite om ämnet och kursen

KOMPLETTERANDE FORMELSAMLING FÖR FASTA TILLSTÅNDET I (reviderad version) 1. GITTER. RECIPROKT GITTER. KRISTALLPLAN.

Enligt Hunds första regel är spin maximal. Med tvνa elektroner i fem orbitaler tillνater

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Institutionen för Teknisk Fysik kl.: Sal : Hörsalar

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk fysik för F3

Fasta tillståndets fysik FFFF05

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

1. (a) (1 poäng) Rita i figuren en translationsvektor T som överför mönstret på sig själv.

( ) = B 0 samt att B z ( ) måste vara begränsad. Detta ger

ɛ r m n/m e 0,43 0,60 0,065 m p/m e 0,54 0,28 0,5 µ n (m 2 /Vs) 0,13 0,38 0,85 µ p (m 2 /Vs) 0,05 0,18 0,04

Fysik TFYA86. Föreläsning 11/11

I princip gäller det att mäta ström-spänningssambandet, vilket tillsammans med kännedom om provets geometriska dimensioner ger sambandet.

Introduktion till kursen. Fysik 3. Dag Hanstorp

Med ett materials elektriska egenskaper förstår man helt allmänt dess ledningsförmåga, konduktans, och resistans Ohms lag:

Allmänt Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur. l A Allmänt. 8.1.

Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

HALVLEDARE. Inledning

Ett materials förmåga att leda elektrisk ström beror på två förutsättningar:

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

Bose-Einsteinkondensation. Lars Gislén, Malin Sjödahl, Patrik Sahlin

LABORATION ENELEKTRONSPEKTRA

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Onsdagen den 30 maj, Teoridel Ê Á Ê. B B T Ë k B T Ê. exp m BBˆ.

Frielektron fermigas i en kristall. L z. L y L x. h 2 2m FRIELEKTRONMODELLEN

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Hålltider --- Ellära: Elektriska fält, potentialer och strömmar

Fotoelektriska effekten

Tentamen i Fysik för M, TFYA72

10. Den semiklassiska modellen för elektrondynamik

3: Muntlig redovisning Vid tveksamhet om betygsnivå, kommer du att få ett kompletterande muntligt förhör.

för gymnasiet Polarisation

TANA17 Matematiska beräkningar med Matlab

Repetition F4. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

10. Den semiklassiska modellen för elektrondynamik

Energidiagram enligt FEM

Försättsblad Tentamen (Används även till tentamenslådan.) Måste alltid lämnas in. OBS! Eventuella lösblad måste alltid fästas ihop med tentamen.

Studieanvisningar i statistisk fysik (SI1161) för F3

Theory Swedish (Sweden)

BML131, Matematik I för tekniskt/naturvetenskapligt basår

Mätning av Halleffekten och elektriska ledningsförmågan som funktion av temperaturen hos halvledarna InSb / Ge.

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

F2: Kvantmekanikens ursprung

Introduktion. Torsionspendel

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

Kvantbrunnar -Kvantiserade energier och tillstånd

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Tentamen i Tillämpningar av fysik och dynamik i biologiska system, 7p

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

1. Hur stor är magnetkristallin anisotropi i järn uttryckt i ev per atom?

TENTAMEN. Institution: DFM, Fysik Examinator: Pieter Kuiper. Datum: 1 november 2010

Föreläsning 2 - Halvledare

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

HALVLEDARES ELEKTRISKA KONDUKTIVITET

Lösningar till BI

Introduktion till kursen. Fysik 3. Dag Hanstorp

EXPERIMENTELLT PROBLEM 2 DUBBELBRYTNING HOS GLIMMER

Wilma kommer ut från sitt luftkonditionerade hotellrum bildas genast kondens (imma) på hennes glasögon. Uppskatta

FYSIK. Läroplanens centrala innehåll

Övningstentamen i KFK080 för B

Föreläsning 2 - Halvledare

Hjälpmedel: Det för kursen ociella formelbladet samt TeFyMa. 0 x < 0

Lite fakta om proteinmodeller, som deltar mycket i den här tentamen

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

Problem 1. Figuren nedan visar ett mo nster ritad av Tayoin Design.

mg F B cos θ + A y = 0 (1) A x F B sin θ = 0 (2) F B = mg(l 2 + l 3 ) l 2 cos θ

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

Lågtemperaturfysik. Maria Ekström. November Första utgåvan


Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

F0042T Optik I, Kursinformation

Instuderingsfrågor, Griffiths kapitel 4 7

Tenta Elektrisk mätteknik och vågfysik (FFY616)

4-1 Hur lyder Schrödingerekvationen för en partikel som rör sig i det tredimensionella

Föreläsning 1. Metall: joner + gas av klassiska elektroner. e m Et. m dv dt = ee v(t) =v(0) 1 2 mv2 th = 3 2 kt. Likafördelningslagen:

PROV I FYSIK KURS B FRÅN NATIONELLA PROVBANKEN

Varför läser vi? LPP Fysik ht notebook. September 17, 2016

BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik 2. 5 juni :00 12:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

Kapitel 10. Vätskor och fasta faser

Tentamen ellära 92FY21 och 27

Konc. i början 0.1M 0 0. Ändring -x +x +x. Konc. i jämvikt 0,10-x +x +x

Chalmers Tekniska Högskola och Mars 2003 Göteborgs Universitet Fysik och teknisk fysik Kristian Gustafsson Maj Hanson. Svängningar

Kapitel 10. Vätskor och fasta faser

Kursplanen är fastställd av Naturvetenskapliga fakultetens utbildningsnämnd att gälla från och med , vårterminen 2016.

ÖVNINGSEXEMPEL FASTA TILLSTÅNDETS FYSIK F3, 2005 STRUKTUR

SF1513 NumProg för Bio3 HT2013 LABORATION 4. Ekvationslösning, interpolation och numerisk integration. Enkel Tredimensionell Design

Kursplanen är fastställd av Naturvetenskapliga fakultetens utbildningsnämnd att gälla från och med , höstterminen 2019.

Lösningsförslag - tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Tentamen i Materia, 7,5 hp, CBGAM0

Laborations-PM Termodynamik (KVM091) lp /2016 version 3 (med sidhänvisningar även till inbunden upplaga 2)

E-II. Diffraktion på grund av ytspänningsvågor på vatten

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Transkript:

GÖTEBORGS UNIVERSITET 06-11 10 Institutionen för fysik Curt Nyberg, Igor Zoric PROJEKTTENTAMEN I FASTA TILLSTÅNDETS FYSIK FYN160, ht 2006 Inlämningsuppgifterna ersätter tentamen. Du skall lösa uppgifterna för Ditt ämne. Nödvändig information hämtar Du i bibliotekets samlingar (böcker och tidskrifter). Har Du frågor angående uppgifterna: kontakta någon av lärarna, vid lektionerna, via e- post eller på deras rum: Curt - S3005 (Soliden) (tel. 7723366, e-post curt.nyberg@physics.gu.se ) Igor - F5117 (Forskarhuset) (, tel 7723371, e-post igor.zoric@fy.chalmers.se). Meningen är att Du skall besvara uppgifterna så utförligt att när Du gjort alla uppgifter så har Du en sammanfattning av grunderna i fasta tillståndets fysik, presenterat med ett specifikt exempel: Ditt ämne. För betyget godkänd krävs 50% av maxpoängen och för väl godkänt 75%. Dessutom måste Du ha minst på Strukturdelen, minst på delen om Gitterdynamik och minst 4 p vardera på avsnitten Termiska och Elektroniska egenskaper. I uppgift 20 ingår en obligatorisk muntlig presentation av den valda tillämpningen Lösningarna skall vara inlämnade senast kl 17.00 den 12 januari 2007. Lösningarna skall vara skrivna på dator och kan skickas elektroniskt till curtn@fy.chalmers.se eller lämnas, insatta i en plastmapp, till Curt, rum S3005. 1(6)

ALLMÄNT 1. Ge en allmän beskrivning av Ditt ämne (historik, förekomst, användning, miljöpåverkan etc). STRUKTUR 2. Ange rymdgittret för Ditt ämne. Rita upp kristallstrukturen och ange koordinaterna för atomerna i basen. Rita (använd rätt skala) även upp atompositionerna i ett lågindicerat kristallplan. Konstruera 1:a och 2:a Brillouin-zonen för det valda kristallplanet. 3. Konstruera och rita ett Laue diffraktogram för ditt fasta ämne. Du får själv välja röntgenstrrålens infallsriktning. GITTERDYNAMIK 4. Definiera begreppet kohesivenergi och ange värdet för Ditt ämne. Hur hålls Ditt ämne samman? Beskriv den bindning som dominerar för Ditt ämne. 5. Använd programmet "PHONONS" för att beräkna fonondispersionsrelationen i en riktning vinkelrätt mot det mest tätpackade planet i kristallen. Programmet beräknar först kraftkonstanterna till närmsta grannar med hjälp av kompressionsmodul (bulk modulus), densitet och molvikt (dessa data matar Du in). Du kan sedan bestämma styrkan hos kraftkonstanten till nästnärmsta granne osv. Prova med olika starka kraftkonstanter för kopplingen till atomer bortom närmsta grannarna och försök anpassa dispersionskurvorna till experimentellt erhållna fonondispersionsrelationer. (Du som har hcp kontaktar lärare). Gör en endimensionell modell (där plan oscillerar parallellt med varandra) för transversella vågor längs den tätpackade riktningen. Uppskatta kraftkonstanten genom att anpassa till programmets beräkning. 2(6)

6. Bestäm utgående från de experimentella dispersionskurvorna för Ditt ämne ljudhastigheten i tre olika riktningar i kristallen och jämför med tabellerat värde. Diskutera. 7. Ta reda på fonontillståndstätheten (beräknad eller uppmätt) för Ditt ämne och skissa in den "bästa" Debye approximationen. Beräkna θ D från denna skiss och jämför med det experimentella värde. TERMISKA 8. Använd programmet "SPEC HEAT" för att beräkna temperaturberoendet hos gittrets värmekapacitet med 1) en verklig kristallmodell 2) Debyemodellen 3) Einsteinmodellen. Ingångsparametrar är kompressionsmodul, densitet och molvikt. (Du som har hcp får vidare instruktioner av lärare). Hur bra beskriver Debye- och Einsteinmodellerna gittervärmekapaciteten hos Ditt ämne? Jämför speciellt lågtemperaturregionen. Vad skiljer de olika modellerna åt? 9. Plotta utifrån experimentella data den totala värmekapacitetens temperaturberoende för Ditt ämne. Har Ditt ämne, förutom gitterbidraget, något annat bidrag till värmekapaciteten? Om så är fallet beskriv i detalj vad detta bidrag kommer ifrån. Hur mycket bidrar det med i förhållande till gittrets bidrag vid 4 K och 300 K? Vilket temperaturberoende har det? Vad kostar det att höja temperaturen 1 på 1 dm 3 av ditt ämne vid 4 K och vid 300 K? 10. Att smälta Ditt ämne kostar energi. Antag att Du smälter ditt ämne genom följande tvåstegsprocess: a) vid smälttemperaturen expanderar Du kristallen till vätskans volym och b) vid konstant volym och temperatur förstör du ordningen i kristallen och skapar vätskans struktur. Hur mycket energi (latent smältvärme) per atom av Ditt ämne måste Du tillföra för att åstadkomma detta? Vart går energin: a) till en isotermisk volymexpansion och/eller b) till 3(6)

förflyttningen av atomer från jämviktslägen i kristallen till nya positioner i vätskan? Vad stabiliserar smältningen och med hur mycket? Uppskatta, med hjälp av en enkel model latent smältvärme för ditt ämne och jämför dina beräkningar med experimentellt värde. 11. Ditt ämne har ett jämviktsångtryck (pga sublimation) som är temperaturberoende. Ta reda på experimentella värden för jämviktsångtrycket som funktion av temperaturen för Ditt ämne. Beräkna jämviktsångtrycket vid temperaturen T för Ditt ämne utifrån följande model: betrakta gasfas atomer som fria och atomer i fast fas enligt Einstein modellen (ganska bra vid höga T). I jämförelse med experimentell kurva ta fram Einstein frekvensen och ångbildningsvärmet för Ditt ämne och jämför dessa med värden i literaturen. 3p ELEKTRONISKA 12. Plotta, utgående från experimentella data, elektriska ledningsförmågan som funktion av temperaturen för Ditt ämne. Beskriv med en enkel modell hur temperaturberoendet kan förklaras. Uppskatta kollisionstiderna och fria medelväglängderna för elektronerna vid temperaturen 10 K och 300 K för Ditt ämne. 13. Beräkna tillståndstätheten vid Ferminivån för ditt ämne utgående från frielektronmodellen. Sök experimentella värden på tillståndstätheten vid Ferminivån. Diskutera likheter/skillnader mellan teori och experiment. 14. Sök det experimentella värdet på plasmonfrekvensen för Ditt ämne. Jämför värdet med det som erhålls med frielektronmodellen. Förväntar Du att värdena skall överensstämma? Diskutera. 15. Beräkna tomma gittermodellens bandstruktur för Ditt ämne i en riktning i Brillouinzonen (bcc: [110], fcc: [111], hcp: [100]). 4(6)

Var ligger Ferminivån? Markera i bandstrukturen. Hur ändras energibandstrukturen i tomma gitter modellen om Du istället låter elektronerna röra sig i en svag periodisk potential? Skissa ändringarna i Din bandstruktur. 6 p 16. Sök i litteraturen efter en realistisk beräkning av bandstrukturen för Ditt ämne. Jämför med tomma gittrets bandstruktur. Diskutera orsaker till likheter och/eller olikheter. OPTISKA 17. Försök förklara färgen på Ditt ämne utgående från: a) frielektronmodellen b) bandstrukturen i uppgift 16. MAGNETISKA 18. a (För Dig som inte har halvledare) Sök experimentella värden på magnetiska susceptibiliteten för Ditt ämne. Använd frielektronmodellen (Paulimodellen) för att förklara susceptibilitetens storlek och tecken. Diskutera eventuella avvikelser. b (För Dig som har halvledare) Härled ett uttryck för Hallkoefficienten (för en intrinsisk halvledare) som innehåller laddningsbärarkoncentration och mobilitet. Vilket värde har Hallkoefficienten vid rumstemperatur? Hur förväntar Du att Hallkoefficienten beror av temperaturen (skissa i en graf)? Förklara. DEMONSTRATION 19. Du demonstrerar ett fysikaliskt fenomen (se separat lista) och beskriver i den här uppgiften den experimentella uppställningen och fenomenets fysik med utgångspunkt från vad som behandlas i kursen. 6 p 5(6)

TILLÄMPNING 20. Du väljer en tillämpning från en separat lista. 5 p 6(6)