Condensed Matter 2

Studiewijzer 2016/2017

Globale inhoud

The quantum mechanical understanding of solids forms the basis for the technological explosion that is currently unfolding around us. Apart from this great societal importance, solids also harbor a secret world of physical miracles unrealized anywhere else in nature. From magnetic monopoles to M-theory black holes, it all emerges from the immense complexity of a near infinite number of interacting electrons. The overall aim of this course is to provide you with a solid understanding (pun intended) of basic and more advanced topics in contemporary condensed matter physics.

After a brief recap of some basic concepts from GM-1 we dive into the electronic structure of solids using the so-called tight binding approximation. With this scheme we can understand the basic electronic properties of any solid. We make a detour into the optical properties of solids to see how everyday colors around us come to be and how these can be explained using the electronic structure of solids. We then turn our attention to the complexity of interacting electrons under the influence of quantum mechanics. We will see how different manifestations of the electromagnetic interaction result in ordered electronic states, such as magnets and superconductors. During the course we will also touch upon the role of fundamental symmetries and how these provide a basis for understanding phase transitions between differently ordered states.

Studiemateriaal

Syllabus

Leerdoelen

Basic principles of condensed matter (summary GM-I) This part is a short recap of GM-1.

• After the course the student has a working understanding of the basic principles of the physics of solids.
• The student is able to explain basic band structure concepts (such as reciprocal spaces, density of states and the Fermi surface).
• The student is able to use these concepts to explain the differences between metals, semi-conductors and insulators.
• The student is able to use a ‘central’ equation to derive the electronic structure of simple solids.
   

Optical properties of solids

• The student is able to explain the optical properties of solids using the Drude-Lorentz model.
• The student is able to link the semi-classical Drude-Lorentz model to the electronic structure of solids.
• The student is able to explain the origin of colors of solids.
• The student is able to explain why some materials are transparent and others opaque
   

Magnetism

• The student is able to explain different forms of magnetic order (paramagnetism, ferromagnetism en anti-ferromagnetism).
• The student can name qualitative differences between these orders based on the temperature dependence of the magnetic susceptibility.
• The student is able to derive a criterion for the occurrence of spontaneous magnetisation (Stoner’s criterion for ferromagnetism).
• The student is able to calculate the spinwave spectrum of ferro- and anti-ferromagnets.
• The student can explain the low temperature behaviour of the magnetisation using spinwave theory.
   

Superconductivity

• At the end of the course the student is able to provide a qualitative explanation of superconductivity
• At the end of the course the student is able to explain important propertie of superconductors (perfect diamagnetism, zero resistance) in terms of the penetration depth and the superconducting gap.

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Werkcollege

Hoorcollege en werkcollege.

Verdeling leeractiviteiten

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

• Van elke student wordt actieve deelname verwacht aan het onderwijsonderdeel waarvoor hij staat ingeschreven. Een student die de eerste twee werkcolleges van een lesblok geen gebruik maakt van de werkcolleges, zal administratief uit de werkcollegegroep verwijderd worden. Een verzoek opnieuw ingeschreven te worden bij de werkcolleges kan ingediend worden bij de opleidingscoördinator.
• Als een student door overmacht niet aanwezig kan zijn bij een verplicht onderdeel van het examenonderdeel, dient hij dit zo snel mogelijk schriftelijk te melden bij de betreffende docent. De docent kan, eventueel na overleg met de studieadviseur, besluiten om de student een vervangende opdracht op te leggen.
• Het is niet toegestaan om verplichte onderdelen van een examenonderdeel te missen als er geen sprake is van overmacht.
• Bij kwalitatief of kwantitatief onvoldoende deelname, kan de examinator de student uitsluiten van verdere deelname aan het examenonderdeel of een gedeelte daarvan.
• Ter uitbreiding van de bovenstaande regels geldt in het eerste semester van het eerste jaar dat een student bij minimaal 80% van de werkcolleges aanwezig dient te zijn. Bovendien moet worden deelgenomen aan eventuele tussentoetsen en verplicht gesteld huiswerk. Als niet aan deze verplichting is voldaan, wordt de student uitgesloten voor de herkansing van het bijbehorende vak. Studenten in het Dubbele Bachelor programma Wis- en Natuurkunde zijn vrijgesteld van deze plicht.
  

Aanvullende eisen voor dit vak:

Toetsing

Inzage toetsing

De datum, het tijdstip en de locatie van het inzagemoment staan in het rooster in DataNose.

Opdrachten

Onderstaande opdrachten komen aan bod in deze cursus:

•    Naam opdracht 1 : beschrijving 2
•    Naam opdracht 2 : beschrijving 1
•    ....

Fraude en plagiaat

Dit vak hanteert de algemene ‘Fraude- en plagiaatregeling’ van de UvA. Onder plagiaat of fraude wordt verstaan het overschrijven van het werk van een medestudent dan wel het kopiëren van wetenschappelijke bronnen (uit bijvoorbeeld boeken en tijdschriften en van het Internet) zonder daarbij de bron te vermelden. Uiteraard is plagiaat verboden. Hier wordt nauwkeurig op gecontroleerd en streng tegen opgetreden. Bij verdenking van plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Wanneer de examencommissie overtuigd is dat er plagiaat gepleegd is dan kan dit maximaal leiden tot een uitsluiting van al het onderwijs van de opleiding voor een heel kalenderjaar. Zie voor meer informatie over het fraude- en plagiaatreglement van de Universiteit van Amsterdam.www.uva.nl/plagiaat

Weekplanning

Aanvullende informatie

Recommended prior knowledge: Gecondenseerde materie 1, Quantumfysica 1 en 2, Elektriciteit en magnetisme, Thermische fysica. 

Om in de eerste twee weken van het vak te kunnen bijblijven (herhaling van Gecondenseerde materie 1) zullen studenten zonder voorkennis van Gecondenseerde materie 1 extra voorbereiding nodig hebben.

Contactinformatie

Coördinator

• dr. Erik van Heumen