Fyzikální vlastnosti materiálů (FSI-TFV)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. RNDr. Petr Dub, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Kurz seznamuje studenty se základními směry vývoje moderní fyziky tak, aby byli schopni porozumět makroskopickým principům používaným v oblasti moderních materiálových technologií.
Výstupy studia a kompetence:
Absolvent kursu získá schopnost orientovat se v problematice fyzikálních vlastností materiálů.
Prerekvizity:
Znalosti z oblasti fyziky pevných látek.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět navazuje na předmět Fyzika pevných látek a prohlubuje znalosti o elastických, tepelných, elektrických, optických a magnetických vlastnostech pevných látek. Pestrost fyzikálních vlastností zejména krystalů, amorfních látek a skel je ukázána na řadě konkrétních materiálů důležitých pro aplikace. Jsou uvedeny moderní struktury jako nízkorozměrné heterostruktury, nanostrukturní metamateriály, vysokoteplotní supravodiče či grafén a jsou vyloženy jejich neobvyklé vlastnosti. Pro snadnější pochopení problematiky studovaných objektů se volí jednoduché fyzikální modely umožňující výpočty některých základních parametrů a charakteristik pevných látek.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu: aktivní účast ve cvičení.
Zkouška je písemná a ústní.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast ve cvičení dle rozvrhu je kontrolována vyučujícím. Způsob náhrady zmeškané výuky stanoví vyučující.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška I. Vazba v pevných látkách, elastické a tepelné vlastnosti materiálů. Typy vazeb, kohezní energie, izotropní a neizotropní elastické vlastnosti, tepelné vlastnosti, fázové přechody.
II. Elektrické vlastnosti materiálů. Elektrická vodivost kovů a polovodičů, amorfní polovodiče, polymery, izolátory, polarizovatelnost, feroelektrika a piezoelektrika.
III. Optické vlastnosti materiálů. Optická odezva materiálů, rovinná vlna v materiálu, elektromagnetická vlna v materiálu a na rozhraní, Kramersovy-Kronigovy relace, absorpce mřížky, odezva volných nositelů náboje, optická odezva vázaných elektronů, propustná oblast – oblast mezi kmity mříže a elektronovou absorpcí, optická odezva v rentgenové oblasti
IV. Magnetické vlastností materiálů. Diamagnetika, paramagnetika, interakce magnetických momentů, feromagnetika, antiferomagnetika a feromagnetika, elektrická vodivost v magnetickém poli.
V. Supravodiče a grafén. Supravodivost. Materiály s lineární elektronovou disperzí.
VI. Metamateriály.
    Cvičení Ve cvičení jsou probírány z elektronického studijního materiálu uvedeného v základní literatuře a rozvíjejí témata probíraná na přednášce.
Literatura - základní:
1. S. J. BLUNDELL: Magnetism in condensed matter. Oxford University Press 2001.
2. A. M. FOX: Optical properties of solids. Oxford University Press 2002.
3. J. SINGLETON: Band theory and electronic properties of solids. Oxford University Press 2004.
4. Humlíček J.: Optické vlastnosti pevných látek, skriptum MU Brno
5. CH. KITTEL: Úvod do fyziky pevných látek. Academia, Praha 1985.
Literatura - doporučená:
1. CH. KITTEL: Úvod do fyziky pevných látek. Academia, Praha 1985.
2. S. J. BLUNDELL: Magnetism in condensed matter. Oxford University Press 2001.
3. A. M. FOX: Optical properties of solids. Oxford University Press 2002.
4. J. SINGLETON: Band theory and electronic properties of solids. Oxford University Press 2004.
5. O. CAHA: Příklady a úlohy k předmětu Fyzikální vlastnosti materiálů. Elektronický studijní materiál, Brno 2014.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 6 Povinný 1 1 Z
N-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 2 1 Z