FK020 Electrodynamics of Solids

Faculty of Science
Spring 2023
Extent and Intensity
2/1/0. 3 credit(s) (plus extra credits for completion). Type of Completion: zk (examination).
Teacher(s)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (lecturer)
prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc. (lecturer)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (lecturer)
Guaranteed by
prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc.
Department of Condensed Matter Physics – Physics Section – Faculty of Science
Contact Person: doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D.
Supplier department: Department of Condensed Matter Physics – Physics Section – Faculty of Science
Course Enrolment Limitations
The course is offered to students of any study field.
Course objectives (in Czech)
V rámci kurzu jsou studentům představeny základy teorie optické odezvy. Studenti jsou seznámeni s často používanými fenomenologickými modely a hlavními mikroskopickými mechanismy odezvy, s optickými vlastnostmi běžných materiálů i pokročilých materiálů studovaných na ÚFKL PřF a ve skupině Funkční vlastnosti nanostruktur CEITEC MU a s nejvýznamnějšími spektroskopickými metodami.
Learning outcomes (in Czech)
Po absolvování kurzu by studenti měli
- být schopni popisovat šíření záření v látce na úrovni klasické elektrodynamiky,
- rozumět základům kvantověmechanického popisu optické odezvy,
- rozumět hlavním mechanismům odezvy a orientovat se v optických lastnostech běžných materiálů, a
-mít přehled o běžných spektroskopických metodách, o oblastech jejich použití a o způsobech analýzy optických dat.
Syllabus (in Czech)
  • 1. Od mikroskopických Maxwellových rovnic k makroskopickým Maxwellovým rovnicím, materiálové vztahy a odezvové funkce, Fourierova transformace Maxwellových rovnic, popis šíření elektromagnetického záření v látce, dielektrická funkce a index lomu.
  • 2. Obecné vlastnosti odezvových funkcí, Kramersovy-Kronigovy relace a sumační pravidla.
  • 3. Klasické modely: odezva vázaných a volných nábojů.
  • 4. Kvantověmechanický popis interakce elektromagnetického záření s látkou, odvození vztahů pro odezvové funkce. Shrnutí jednoelektronové teorie krystalických pevných látek, vyjádření odezvy souboru elektronů v krystalické pevné látce v rámci jednoelektronové teorie a aproximace náhodných fázi.
  • 5. Mechanismy: jedno- a více fononová absorpce, odezva plasmy volných elektronů, mezipásové přechody a kritické body.
  • 6. Přehled optických vlastností kovů, polovodičů, izolantů, nanostruktur, supravodičů a dalších materiálů studovaných na ÚFKL PřF MU.
  • 7. Aproximace efektivního prostředí pro nehomogenní systémy.
  • 8. Přehled spektroskopických metod. Lineární odezva – měření odrazivosti, propustnosti; elipsometrie. Rozptyl záření – Ramanova spektroskopie. Emisní spektroskopie – fotoluminiscence.
Literature
  • Martin Dressel a George Gruner: Electrodynamics of Solids – Optical properties of Electrons in Matter, Cambridge University Press 2002.
  • Mark Fox: Optical Properties of Solids, Oxford University Press 2010.
  • Eduard Schmidt a kol.: Optické vlastnosti pevných látek, SPN 1986.
  • Frederick Wooten: Optical Properties of Solids, Academic Press 1972.
  • Hans Kuzmany: Solid State Spectroscopy, Springer, 2009
Teaching methods (in Czech)
Přednášky a laboratorní cvičení, ve kterých se studenti podílejí na optických měřeních. Cvičení zahrnuje tyto úlohy: (i) určení kritických bodů mezipásových přechodů v polovodičích (Si, Ge, GaN, CdS) pomocí spektroskopické elipsometrie; (ii) určení emisních energií kvantových jam a kvantových teček InGaAs nanostruktur pomocí fotoluminiscence; (iii) určení řádného a mimořádného spektra fononů v krystalickém GaN a SiO2 pomocí infračervené odrazivosti a Ramanské spektroskopie; (iv) srovnání frekvenční závislosti odezvy volných elektronů v dopovaném Si, supravodiči YBa2Cu3O7 a feromagnetickém vodiči La0.3Sr0.7MnO3 pomocí infračervené elipsometrie.
K řešení úloh budou použity elipsometry Woollam VASE a Woolam IR-VASE a Ramanský spektrometr NTMDT z core facility CEITECu a infračervený spektrometr Bruker IFS 66 z vybavení UFKL.
Assessment methods (in Czech)
Podmínkou postupu k ústní zkoušce je úspěšné absolvování laboratorní části, tj. odevzdání protokolů o měření k alespoň třem úlohám z výše uvedeného seznamu.
Language of instruction
Czech
Further Comments
Study Materials
The course is also listed under the following terms Spring 2020, Spring 2021, Spring 2022, Spring 2024, Spring 2025, Spring 2026.
  • Enrolment Statistics (Spring 2023, recent)
  • Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/spring2023/FK020