F7122 Atomární výstavba rozlehlých systémů (2b)

Přírodovědecká fakulta
jaro 2019
Rozsah
2/1/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (přednášející)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (cvičící)
Mgr. Jan Stopka, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 18. 2. až Pá 17. 5. Pá 8:00–9:50 Fs1 6/1017
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F7122/01: Po 18. 2. až Pá 17. 5. Pá 10:00–10:50 Fs1 6/1017
Předpoklady
Navazuje na F5030 (Základy kvantové mechaniky) a F6121 (Základy fyziky pevných látek).
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Kvantová teorie podává fascinující obraz chování mikročástic. Kromě toho ale dovoluje pochopit, proč a jak se elektrony a jádra sdružují do atomů, atomy pak do molekul a rozlehlých systémů (pevné látky, kapaliny, clustery). Na základě atomového složení a geometrické struktury je dále možné interpretovat nejrůznější vlastnosti látek. Nejde jen o porozumění ,,v principu'', nýbrž o porozumění umožňující teoreticky určovat strukturu a potažmo i jiné vlastnosti látek na kvalitativní a semikvantitativní úrovni (s pomocí fyzikálně průhledných a matematicky vcelku jednoduchých postupů) nebo i velmi přesně (s využitím sofistikovaných ,,ab-initio'' metod, kde nevystupují jiné parametry než celkový počet elektronů a protonová a neutronová čísla zúčastněných jader). Cílem kurzu je přiblížit posluchačům systematickým způsobem základy této oblasti fyziky. Představíme jak fyzikálně velmi názorné elementární modely, tak i některé prvky rigorosní kvantové teorie mnohaelektronových systémů. Výklad bude ilustrován na příkladech ze světa atomů, molekul, ,,klasických'' kondenzovaných látek i moderních materiálů, jejichž fyzikální vlastnosti zatím nejsou uspokojivě objasněny.
Výstupy z učení
Po absolvování kurzu by studenti měli být schopni rozumět základním pojmům tohoto odvětví fyziky, používat je při řešení jednoduchých úloh, porovnávat výsledky modelových výpočtů s experimentálními daty a/nebo interpretovat data s využitím modelů.
Osnova
  • I. Atomy.
  • 1. Atom H: shrnutí tradiční nauky a relativistické opravy. 2. Atom He a koncept elektronové korelace. 3. Mnohaelektronové atomy. (a) Heuristický přístup: Hatreeho rovnice a stínění interakce mezi elektrony a jádrem. (b) Rigorosní přístup s využitím symetrie a variačního principu. 4. Periodická tabulka: vysvětlení hlavních trendů.
  • II. Molekuly.
  • 1. Obecné prvky teorie molekul: adiabatická aproximace, Hellmanův-Feynmanův teorém a viriálový teorém. 2. Kvantový popis nejjednodušších molekul a podstata kovalentní vazby.
  • III. Rozlehlé systémy.
  • Dvě východiska. 1. Pevná látka jako obří molekula. 2. Kondenzovaná látka jako moře elektronů na pozadí jader, zdůvodnění a zobecnění Sommerfeldova modelu. 3. Kvalitativní pohled na projevy Coulombovské interakce v mnohaelektronových systémech. 4. Kvalitativní vysvětlení krystalových struktur prvků a vybraných sloučenin.
  • IV. Základní ideje moderních ab-initio metod, zejména metody funkcionálu hustoty.
Literatura
  • PILAR, Frank L. Elementary quantum chemistry. 2nd ed. Mineola, N.Y.: Dover Publications, 2001, xvi, 599. ISBN 0486414647. info
  • LEVINE, Ira N. Quantum chemistry. 5th ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1999, x, 739. ISBN 0136855121. info
  • KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL info
  • ASHCROFT, Neil W. a N. David MERMIN. Solid state physics. South Melbourne: Brooks/Cole, 1976, xxi, 826 s. ISBN 0-03-083993-9. info
Výukové metody
Přednášky a řešení příkladů ve cvičení. Výklad bude ilustrován na příkladech ze světa atomů, molekul, ,,klasických'' kondenzovaných látek i moderních materiálů, jejichž fyzikální vlastnosti zatím nejsou uspokojivě objasněny.
Metody hodnocení
Kurz je ukončen zkouškou, která má písemnou část (vědomostní test) i ústní část. Písemná část je hodnocena dle získaného počtu bodů, podmínkou úspěšného ukončení zkoušky je získání alespoň poloviny bodů z celkového počtu. Při ústní zkoušce studenti zodpoví 3-5 otázek týkajících se předmětu kurzu. Celkové hodnocení zkoušky odráží stupeň pochopení základů a jejich aplikací. Účast na cvičeních je povinná. Podmínkou přístupu ke zkoušce je vyřešení stanoveného počtu příkladů (2 až 3) během semestru.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.