Física (plan 2002) 2014-2

Optativas, Introducción a la Física de los Materiales

INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE MATERIALES

MATERIA OPTATIVA

(Física, plan 2002, semestre 2014-II, 12 créditos, clave: 2084, grupo: 8191)

Profesor: M en C Radamés Reynoso M.

Contacto: fisikradiation@ciencias.unam.mx

Ayudante 1: Giselle Alejandra Román Chong.

Contacto: gissarch@ciencias.unam.mx

Ayudante 2: Físico Ricardo González Campuzano

Contacto: naedra_9999@hotmail.com

Horario: Martes, miércoles y jueves de 14 a 16 hs. Primera reunión: martes 28 de enero (salón por confirmar)

En este curso, el objetivo principal es introducir a los alumnos en el campo de la Física de los Materiales; esto es, dotar a los alumnos de las herramientas conceptuales y matemáticas esenciales que les permitan entender los mecanismos subyacentes en la investigación de las diferentes propiedades físicas de los nuevos materiales, lo que permite la creación de nuevos compuestos, así como la modificación de sus propiedades inherentes, para ampliar sus aplicaciones en diversas áreas.

Para ello, se hará una revisión de los conceptos de física, principalmente de aquellos desarrollados durante el siglo XX y lo que va del siglo XXi. Con ello se pretende poner en contexto los trabajos más recientes en este campo, y analizar el desarrollo que han alcanzado desde sus inicios.

Los conocimientos mínimos indispensables para llevar el curso son los siguientes: Cálculo diferencial e integral, ecuaciones diferenciales, mecánica, termodinámica, óptica, electromagnetismo.

A grandes rasgos, el temario de este curso consta de los siguientes tópicos:

Tema I. Física Moderna: Teoría de los fotones, efecto fotoeléctirco, efecto compton, radiación de cuerpo negro, ondas de De Broglie, Modelo de Bohr, átomo de hidrógeno, átomos polielectrónicos, tabla periódica.

Tema II. Mecánica cuántica: Cuantización de la energía, principio de incertidumbre de Heisenberg, ecuación de Schrödinger, aplicaciones de la ecuación de Schrödinger.

Tema III. Física nuclear: el núcleo, modelos del núcleo, reacciones nucleares, radiactividad.

Tema IV. Sistemas atómicos: enlaces moleculares, moléculas diatómicas, excitaciones de moléculas diatómicas, energías de enlace, orbitales moleculares, modelo de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR).

Tema V. Estado sólido: cristales, metales, conductores, semiconductores, aislantes, teoría de las bandas, propiedades mecánicas de los sólidos (esfuerzo, deformación, dureza), propiedades electrónicas de los sólidos: propiedades ópticas, propiedades magnéticas, conductividad electrónica.

Tema VI. Ciencia de los materiales: técnicas de producción de materiales (diseño y selección), técnicas de análisis de las propiedades de materiales (espectroscopía, microscopía óptica, microscopía por fuerza atómica,rayos X).

Tema VII. Aplicaciones de los materiales: biomateriales, polímeros, energías renovables, celdas de combustible, celdas fotovoltaicas, nanociencia y nanotecnología (nanomateriales), dispositivos optoelectrónicos, fotónica, módulos híbridos, integración monolítica.

Evaluación:

1. Lecturas (1 por cada tema) 30%.

Características: ensayo con revisión y análisis actual del tema, crítica personal, opinión, y revisión bibliográfica (con al menos 5 títulos: libros, artículos).

2. Artículo final de proyecto 50%.

Características: Título del artículo, nombre y dependencia del autor, resumen, introducción, marco teórico, resultados esperados (basados en las referencias), conclusiones, referencias. Máximo 6 cuartillas.

3. Una tarea por cada tema revisado en el curso 10%.

4. Un examen por cada tema del curso 10%.

Bibliografía básica.

1. Beiser, A., Perspectivas de la física moderna, McGraw-Hill, N. Y., 1968.

2. Virgilio A., Clyde L. Cowan, B.J. Graham, Física Moderna, Harla, 1973.

3. Bohr Niels., Teoría de los espectros y de la estructura atómica, Cambridge University Press, Londres, 1924.

4. Anthony Levi, Applied Quantum Mechanics, Cambridge University press, 2003

5. C. L. Tang, Fundamentals of Quantum Mechanics for solid state Electronics and Optics, Cambridge Univerity Press, 2005

6. C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, Wiley, 1986.

7. A. P. Sutton, Electronic Structure of Materials, Cap. 4, 5 y 7, Oxford University Press, 1993.

8. P. D. Bristowe, Modelling of Materials, Michaelmas Term, 2005.

9. Robert J. Asaro, Vlado A. Lubarda, Mechanics of Solids and Materials, Cambridge University Press, 2006.

10. J. L. Ericksen, Selected Papers, Mechanics and Mathematics of Crystals, World Scientific Press, 2005.

11. Vladimir Novikov, Concise Dictionary of Materials Science Structure and Characterization of Polycrystalline Materials, CRC Press, 2003.

12. Feng Duan, Jin Guojun, Introduction to Condensed Matter Physics, vol. 1, World Scientific Publishing, 2005.

13. Adolf G., Joachim K., Bernhard Voss, Crystalline Silicon Solar Cells, John Wiley and Sons, 1998.

14. Jasprit Singh, Electronic and optoelectronic properties of Semiconductor Structures, Cambridge University Press, 2003.

15. Andrew M., Moklos F., Timothy G., Electronic and Photoelectronic Spectroscopy, Cambridge University Press, 2005.

16. S. R. Elliot, Physics of Amorphous Materials, Longman Group Ltd., 1983.

17. European Commission, European Fuel Cell and Hydrogen Projects 2002-2006, European Communities, 2006.

18. Nan Yao, Zhong Lin Wang, Microscopy for Nanotechnology, Kluwer Academic Publishers, 2005.

19. Massimiliano Di Ventra, Stephane Evoy, Introduction to Nanoscale Science And Technology, Kluwer Academic Publishers, 2004.

20. S.O. Kasap, Illustrated Dictionary of Important Terms and Effects in Optoelectronics and Photonics, Concise secon student edition, 2000.

21. Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley and Sons, 1991.

22. Ulrike Woggon, Optical Properties of semiconductor Quantum Dots, vol.136, Springer tracts in Modern Physics, 1997.