## Electrodynamics of Solids 
(Elektrodynamika pevných látek)

Rozsah: 2/1, ukončení: zk. 

Vyučující: Josef Humlíček, Dominik Munzar, Adam Dubroka 

### Cíle: 
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.  
Po absolvování kurzu by studenti měli  
(a) být schopni popisovat šíření záření v látce na úrovni klasické elektrodynamiky,  
(b) rozumět základům kvantověmechanického popisu optické odezvy, 
(c) rozumět hlavním mechanismům odezvy a orientovat se v optických vlastnostech běžných materiálů, 
(d) mít přehled o běžných spektroskopických metodách, o oblastech jejich použití 
a o způsobech analýzy optických dat.    

### Osnova: 
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.  
  
### Literatura: 

- 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. 
- Frederick Wooten: Optical Properties of Solids, Academic Press 1972. 
- Eduard Schmidt a kol.: Optické vlastnosti pevných látek, SPN 1986. 
- Hans Kuzmany: Solid State Spectroscopy, Springer, 2009.

### Výukové metody:
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.

Podmínkou postupu k ústní zkoušce je úspěšné absolvování laboratorní části,
tj. odevzdání protokolů o měření k alespoň třem úlohám z výše uvedeného seznamu.