Física (plan 2002) 2023-1

Octavo Semestre, Física Atómica y Materia Condensada

Objetivo del curso: Este curso tiene como objetivo familiarizar al estudiante con los conceptos y las herramientas matemáticas en dos de las áreas más importantes de la mecánica cuántica: la física atómica y la física de la materia condensada; así como proporcionar una base sólida para cursos avanzados sobre ambas áreas.

Requisitos previos recomendables: Introducción a la Física cuántica, Mecánica Cuántica, Ecuaciones diferenciales I, Matemáticas Avanzadas de la física, Álgebra Lineal, Computación, Física Computacional.

Evaluación:

• Tareas 50%

​Consistirán en un conjunto de problemas que abarcarán desarrollos matemáticos de relevancia. Se estima que habrá alrededor de 3 o 4 tareas, aunque este número puede variar según el avance que vaya teniendo el curso.

• Proyectos 40%

​Los cuales consistirán en 3 proyectos computacionales cortos. Se recomienda usar Python a través de Google Colab, de esta forma no será necesario tener instalado algún compilador de código en el equipo.

• Exámenes 10%

Éstos consistirán en cuestionarios cortos con preguntas conceptuales acerca de los temas que se vayan tratando en el curso. Se realizarán al inicio de algunas clases.

La propuesta de trabajo es la siguiente:

• Como lo ha determinado el Consejo Técnico de la Facultad, la clase se llevará a cabo de forma PRESENCIAL.
• Se creará un espacio en Google Classroom para la asignación de tareas, calificaciones y entregas de los proyectos computacionales así como avisos acerca del curso. Las tareas pueden entregarse de forma física o subiéndolas en formato PDF.
• A lo largo del curso se presentarán algunos ejemplos computacionales que proporcionarán al alumno las herramientas necesarias para poder resolver los proyectos.
• Siempre se puede consultar a la ayudante para la resolución de dudas acerca de las tareas y los proyectos.
• Las clases serán los días Martes y Jueves de 12pm a 1:30pm..
• Todo alumno tiene derecho a examen final si así lo requiere, de esta forma se rechaza completamente la calificación final obtenida por su trabajo a lo largo del curso y la calificación final será la obtenida en dicho examen.
• En la primer clase se dará un repaso sobre conceptos y herramientas relevantes en mecánica cuántica.

TEMARIO:

Se basa en el temario aprobado por el Consejo Técnico de la Facultad.

1. FÍSICA ATÓMICA Y MOLECULAR.

• Recordatorio sobre mecánica cuántica (funciones de onda, una partícula bajo un potencial independiente del tiempo, ecuación de Schrödinger sin espín, etc.).
• El espin de los electrones: estadística del espín.
• El átomo de muchos electrones en la teoría de Schrödinger: Hartree y Hartree- Fock.
• Esquemas de acoplamiento de momento angular, LS Y JJ. Reglas de selección.
• El efecto Zeemann.
• Excitación atómica y anchura de líneas espectrales.
• Estructura electrónica de moléculas diatómicas.
• Orbitales moleculares.
• Espectroscopía molecular. Vibracional y rotacional.
• Efectos del espín nuclear en orto y para hidrógeno.
• Modelos de enlaces químicos.

2. ESTADO SÓLIDO

• Métodos espectroscópicos: fotoelectrónica, emisión y absorción de rayos X.
• Estructura cristalina. Red y decorado. Celda unitaria y celda primitiva.
• Red recíproca. Primera Zona de Brillouin.
• Vibraciones de una cadena monoatómica unidimensional.
• Vibraciones de una cadena diatómica unidimensional.
• Electrones libres.
• Teoría de amarre fuerte. Teoría de bandas.
• Teorema de Bloch, funciones de Bloch.
• Propiedades ópticas.
• Defectos e impurezas en semiconductores. Efecto de la superficie (frontera).
• Propiedades magnéticas. Modelo de Hubbard.
• Cuantización del campo electromagnético: polarones y fotones.
• Excitones, magnones, otros -ones.

Bibliografía principal.

• Levine, Ira N. Quantum Chemistry. Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall, 2000.
• Steven H. Simon. The Oxford Solid State Basics. Oxford University Press, 2013.
• Beiser, Arthur. Concepts of Modern Physics. New York: McGraw-Hill, 2003.

Material sugerido complementario:

• ICTP Solid State Physics Lectures (se encuentran en Youtube).

En caso de alguna duda particular sobre el curso que no esté aclarada en esta presentacion favor de escribir a: jazmintapia@ciencias.unam.mx.