Física do Estado Sólido B

Objetivos

• Compreender os conceitos, modelos e teorias fundamentais da física do estado sólido.
• Relacionar a estrutura cristalina, as ligações e os defeitos com as propriedades mecânicas, térmicas, eletrónicas, magnéticas e dielétricas dos sólidos.
• Aplicar modelos clássicos e quânticos para descrever e interpretar as propriedades eletrónicas de metais, semicondutores e isoladores.
• Analisar os princípios básicos de funcionamento de materiais semicondutores, magnéticos e dielétricos/ferroelétricos relevantes para as tecnologias modernas.
• Desenvolver competências de resolução de problemas, aplicando conceitos teóricos a questões quantitativas e qualitativas em física do estado sólido.

Programa

1. Introdução à Física do Estado Sólido

• Visão geral da física do estado sólido
• Importância na ciência dos materiais e na tecnologia
• Estrutura e objetivos do curso

2. Estruturas Cristalinas

• Descrição geral e principais tipos de estruturas cristalinas
• Difração de raios X e conceitos de rede recíproca
• A rede recíproca e a sua importância

3. Ligações em Sólidos

• Revisão dos principais tipos de ligações químicas: iônica, covalente, metálica, por hidrogênio e força de van der Waals
• Forças e interações que mantêm os átomos ligados na estrutura cristalina

4. Propriedades Mecânicas

• Deformação elástica e plástica
• Papel das defeitos na integridade mecânica
• Mecanismos de fratura e deformação

5. Propriedades Térmicas da Rede

• Vibrações da rede cristalina e fonons
• Modelos de capacidade térmica: Einstein e Debye
• Condutividade térmica e expansão térmica

6. Propriedades Eletrônicas de Metais: Abordagem Clássica

• Modelo de Drude e propriedades elétricas
• Condutividade elétrica, efeito Hall e propriedades ópticas

7. Propriedades Eletrônicas de Sólidos: Abordagem Quântica

• Bandas de energia e modelos: elétron livre, quase livre e teoria do embasamento
• Propriedades de transporte e efeitos de screening

8. Semi-condutores

• Semi-condutores intrínsecos e dopados
• Dispositivos semicondutores: junções PN, transistores, aplicações optoeletrônicas

9. Magnetismo

• Descrição macroscópica e quântica
• Paramagnetismo, diamagnetismo e ordenação magnética
• Domínios magnéticos e histerese

10. Dielectricos

• Polarização e constante dielétrica
• Dependência da frequência e ferroelectricidade
• Piezoeletricidade e ruptura dielétrica