FMT402: Introdução à Física do Estado Sólidofmt0402n/aula1.pdf · FMT402: Introdução à Física do Estado Sólido Ementa: Estrutura cristalina. Difração de Raios X e rede

FMT402: Introdução à Física do Estado SólidoFMT402: Introdução à Física do Estado Sólido

Ementa: Estrutura cristalina. Difração de Raios X e rede recíproca. Ligações

cristalinas. Vibrações da rede, fonons e propriedades térmicas. Gás de Fermi de

elétrons livres. Bandas de energia. Semicondutores. Metais e superfícies de Fermi.Processos óticos. Magnetismo. Supercondutividade.

Bibliografia:

Introduction to Solid State Physics, Charles Kittel, 8a. edição, Wiley (2005)

Solid State Physics, N.W. Ashcroft e N.D. Mermin, Saunders College (1976)

Electronic Structure and the Properties of Solids, W.A. Harrison, Dover (1989)

ee--books: disponíveis para download na página do cursobooks: disponíveis para download na página do curso

Introduction to Modern Solid State Physics, Yuri M. Galperin (U. Oslo)

Solid State Physics, Chetan Nayak (UCLA)

Solid State Physics, Peter Mitchell (Manchester University)


Calendário de Atividades:

Data Atividade Assunto

15/10/09 1ª. Prova Listas 1,2,3

03/12/09 2ª. Prova Listas 4,5,6

10/12/09 Sub Tudo

A combinar Rec Tudo

Horário de atendimento: a combinar com os alunos.

Página na web: http://plato.if.usp.br/~fmt0402n



Métodos experimentais:

• Espalhamento: luz visível, ultra-violeta, raios X, neutrons, elétrons

Partículas incidentes com energia e momento conhecidos: medimos

a energia e o momento da partícula espalhada

• NMR: Aplica-se um campo magnético estático B e medimos a

absorção/emissão de radiação

• Termodinâmica: mede-se a resposta de variáveis macroscópicas

(energia, volume, etc) a variações de temperatura, pressão, etc

• Transporte: mede-se a corrente elétrica ou de calor em resposta a

uma diferença de potencial elétrico ou gradiente de temperatura

aplicado

Métodos EspectroscópicosMétodos Espectroscópicos

Interação luzInteração luz--matériamatéria

Resultados possíveis:Resultados possíveis:

Espalhamento da luzEspalhamento da luz

Absorção da luzAbsorção da luz

Emissão de elétronsEmissão de elétrons

etcetc

Espectroscopia Fotoeletrônica (PES): efeito fotoelétricoEspectroscopia Fotoeletrônica (PES): efeito fotoelétrico

Fonte de luz: Fonte de luz: UltraUltra--violeta (UPS)violeta (UPS)

Raios X (XPS)Raios X (XPS)

Resultados possíveis:Resultados possíveis:

Espalhamento da luzEspalhamento da luz

Absorção da luzAbsorção da luz

Emissão de elétronsEmissão de elétrons

etcetc

XPSXPS

O que é XPS?O que é XPS?

XX--ray photoelectron spectroscopy (XPS), ou Electron Spectroscopy for ray photoelectron spectroscopy (XPS), ou Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA), é uma técnica de uso geral para investigar a Chemical Analysis (ESCA), é uma técnica de uso geral para investigar a composição química de materiais (camada de ~ 50 composição química de materiais (camada de ~ 50 Å, ou seja, próximo à Å, ou seja, próximo à superfície)superfície)

A técnica XPS, baseada no efeito fotoelétrico, foi desenvolvida em A técnica XPS, baseada no efeito fotoelétrico, foi desenvolvida em meados da década de 1960 por Kai Siegbahn e seu grupo na Universidade meados da década de 1960 por Kai Siegbahn e seu grupo na Universidade de Uppsala, Suéciade Uppsala, Suécia

K. Siegbahn, Et. Al.,Nova Acta Regiae Soc.Sci., Ser. IV, Vol. 20 (1967). Prêmio Nobel

de Física em 1981

Detalhes experimentaisDetalhes experimentais

5 4 . 7

XX--rayray

SourceSource

ElectronElectron

OpticsOptics

Hemispherical Energy AnalyzerHemispherical Energy Analyzer

Position Sensitive Position Sensitive

Detector (PSD)Detector (PSD)

Magnetic ShieldShieldOuter SphereOuter Sphere

Inner SphereInner Sphere

SampleSample

Computer Computer

SystemSystem

Analyzer Analyzer

ControlControl

MultiMulti--Channel Channel

Plate Electron Plate Electron MultiplierMultiplierResistive Resistive

Anode EncoderAnode Encoder

Lenses for Lenses for

Energy Energy

Adjustment Adjustment

(Retardation)(Retardation)

Lenses for Lenses for

Analysis Area Analysis Area

DefinitionDefinition

Position ComputerPosition Computer

Position Position

Address Address

ConverterConverter

F. Alvarez (IFGW-UNICAMP)

www.if.unicamp.br/~alvarez/Plasma-LIITS

Detalhes experimentaisDetalhes experimentais

Fontes de luz

UV:

radiação He I : Transição 21P1(1s12p1)-11S0(1s2) do He em 58.4 nm (21.22 eV)

radiação He II: Transição 2p – 1s do íon He+ em 30.4 nm (40.81 eV)

Raios X:Raios X:

MgKα 1253.7 eV e 1253.4 eV

AlKα 1486.7 eV e 1486.3 eV

Radiação síncrotron

Processo de fotoemissãoProcesso de fotoemissão

Conservação da energia:

hh = EEBB + KK

1s

2s

2p

Banda de valência

Banda de condução

EEFF

Elétron livreElétron livre

Radiação incidente

Fotoelétron ejetado

O instrumento XPS (UPS) mede as energias cinéticas de todos os elétrons coletados

Difração de raios XDifração de raios X

1895 Raios X descobertos por Roentgen

1914 Primeiro padrão de difração de um cristal obtidopor Knipping e von Laue

1915 Teoria para determinar a estrutura cristalina a partir do padrão de difração desenvolvido porBragg.

1953 Estrutura do DNA resolvida por Watson and Crick

nl=2dsin(Q)

Difração de raios XDifração de raios X

Sólidos cristalinosSólidos cristalinos




Cristais cúbicos

Ag, Au, Al, Ni

Cúbico de face centrada Cúbico de corpo centrado

Nb, Ta, Ba, Mo

Cúbico simples

CsCl,CuZn, CsBr, LiAg



Uma coleção de pontos em que a vizinhança em torno de cada ponto é

igual à vizinhança em qualquer outro ponto sob uma translação é

chamada de uma rede de Bravais

Célula primitiva é o volume definido pelos três vetores primitivos (em

3D), definidos como vetores da rede que produzem a célula unitária de

volume mínimo V = a . (b x c)

Há várias maneiras de definir a célula primitiva, mas todas as células

primitivas tem o mesmo volume


Cristal = rede de Bravais + base


Sólidos cristalinos: defeitos pontuaisSólidos cristalinos: defeitos pontuais(c) 2

00

3 B

roo

ks/Co

le Pu

blish

ing / Th

om

son

Learnin

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Sólidos cristalinos: outros defeitos Sólidos cristalinos: outros defeitos

Discordâncias

Contornos de grãos

(c) 20

03

Bro

oks/C

ole P

ub

lishin

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n

Learnin

g

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