Física (plan 2002) 2024-2

Octavo Semestre, Física Atómica y Materia Condensada

Física Atómica y Materia Condensada

Grupo 8256

Horario: martes y jueves de 10:00 a 11:30 h.

Salón 106 Yelizcalli

Profesor; Dr. José I. Jiménez Mier y Terán. jimenez@correo.nucleares.unam.mx

Ayudantes:

M. en C. Gersain Quiroz, gersain_q@ciencias.unam.mx

M. en C. Griselda Domínguez. dominguez_griselda@ciencias.unam.mx

Para esta clase se utilizará Google Classroom, con el código de la clase bd3jppn

En esa página se encuentra el siguiente material:

• Temario y bibliografía
• Notas del curso completo
• Tareas
• Presentaciones en pdf
• Enlaces a videos en youtube con las presentaciones
• Archivos con figuras y ejemplos
• Avisos
• Enlaces a otras páginas

En el blog de la página también se mantiene un contacto permanente con los participantes.

Cada semana se expondrán en el salón de clase los temas, de acuerdo al calendario de la página. También cada jueves se asignará una tarea. Las respuestas deberán ser entregadas el siguiente jueves en la página y en el formato que indiquen los ayudantes.

Evaluación. Además de las tareas, se tendrán dos exámenes parciales. El primero cubrirá el tema de átomos y el segundo los temas de moléculas y sólidos. También se les pedirá la escritura de dos trabajos sobre temas de actualidad relacionados con la materia. El primer trabajo estará relacionado con los átomos y el segundo con moléculas y sólidos. En la página se encuentran listas de temas que se proponen para cada uno de los trabajos, así como los lineamientos para su entrega.

La calificación final del curso corresponderá al siguiente promedio:

• Primer parcial 30%
• Segundo parcial 30%
• Tareas 30%
• Primer trabajo 5%
• Segundo trabajo 5%

Descripción del curso.

La idea central del curso es estudiar aplicaciones de la mecánica cuántica a sistemas de baja energía. Para ello se estudiarán los principios básicos de la física atómica y molecular y del estado sólido. En todas estas áreas la ecuación no-relativista de Schroedinger constituye un excelente punto de partida, aunque desde el principio tendremos oportunidad de tratar ejemplos que ilustran la importancia de incluir efectos relativistas en estos sistemas de baja energía.

La mecánica cuántica surge, en buena medida, para explicar resultados de física atómica. Los átomos siempre han sido laboratorios ideales en los que se han puesto a prueba y se han comprobado los resultados fundamentales de la mecánica cuántica (un ejemplo muy importante es el conjunto de artículos por los que se le dio el Premio Nobel en Física 2022 a Clauser y Aspect). Esta estrecha y muy provechosa relación entre la física atómica y la mecánica cuántica se ha mantenido hasta nuestros días, en los que con átomos se han podido realizar experimentos que los fundadores de la mecánica cuántica consideraron originalmente como experimentos ''mentales'' (thought experiments). También destacan los trabajos en los que se utilizan átomos de gases nobles para la generación de pulsos de luz con duración de attosegundos. Estos pulsos han sido empleados para estudiar la dinámica electrónica en átomos, moléculas y sólidos. Por estos resultados se otorgó el premio Nobel en Física en 2023 a Agostini, Krause y L’Huillier. Este avance impresionante de la física atómica también ha sido acompañado de importantes desarrollos tecnológicos. En este aspecto destaca la propuesta y en algunos casos la puesta en práctica del empleo de sistemas atómicos en almacenamiento y procesamiento cuántico de información.

Las moléculas también han jugado un papel relevante en el avance de la física tanto a nivel básico como aplicado. Las moléculas simples han sido, como los átomos, laboratorios en los que se prueban aspectos fundamentales de la mecánica cuántica. Por ejemplo, las moléculas proporcionan información particularmente útil sobre las interacciones entre varias partículas. La física molecular ha sido una base indispensable para el estudio de la química a todos sus niveles y también ha jugado un importante papel en el espectacular avance de la biología molecular. La mecánica cuántica aplicada a las moléculas permite el diseño de sistemas con propiedades físicas y químicas específicas para muy diversas aplicaciones. Un excelente ejemplo del interés en física molecular a distintos niveles se encuentra en el estudio de los fullerenos.

La mecánica cuántica también permite una descripción detallada y precisa de los sólidos. En la física del estado sólido se encuentran evidencias importantes a nivel macroscópico de efectos cuánticos. La física del estado sólido ha sido, con toda seguridad, la rama de la física contemporánea con más aplicaciones directas. Baste señalar el espectacular desarrollo de la electrónica a partir del descubrimiento de los semiconductores y que aún se encuentra en apogeo con trabajos recientes sobre los compuestos superconductores de alta temperatura crítica. La física del estado sólido también ha hecho avances impresionantes en el diseño de materiales para usos específicos. Como un ejemplo muy importante se encuentran los puntos cuánticos, que son sistemas cuánticos de dimensionalidad cero con propiedades muy interesantes. Por los trabajos pioneros en este tema se otorgó el premio Nobel en Química 2023 a Bawendi, Brus y Yekimov.