Física do Estado Sólido

Objectivos

Objectivos

Pretende-se abordar os conceitos da Física do Estado Sólido, enfatizando-se o rigor na linguagem, nas aplicações à engenharia e no equacionamento e resolução metódica de problemas reais. Em aulas práticas de laboratório pretende-se verificar e comprovar  propriedades fundamentais da Física do Estado Sólido, assim como a compreensão das execuções experimentais, a sistematização da recolha e tratamento de resultados experimentais e a elaboração de relatórios de trabalhos experimentais.

Caracterização geral

Código

10917

Créditos

6.0

Professor responsável

Ana Cristina Gomes da Silva, Susana Isabel Santos Silva Sério Venceslau

Horas

Semanais - 5

Totais - 56

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Mecânica, Termodinâmica, Electromagnetismo,  Mecânica Quântica e Física Estatística.

Bibliografia

Bibliografia Principal:

The Physics of Solids,  R. Turton,  ed. Oxford University Press (2000).
The Oxford Solid State Basics, Steven H. Simon,  Oxford University Press (2013)
States of Matter, D.L. Goodsteined. Dover (1985).

Bibliografia Secundária:

Introduction to Solid State Physics: Charles Kittel, John Wiley & Sons, 8th ed. (2005)


Método de ensino

Aulas teóricas, uma vez por semana com 2 horas de duração. Exposição de matéria teórica e de exemplos de aplicação.

Aulas práticas com 2 horas de duração de 15 em 15 dias, com realização de trabalhos experimentais e aulas teórico práticas de resolução de problemas com 1 hora de duração.

Método de avaliação

Tipologia de Aulas

As aulas de Física de Estado Sólido terão 3 componentes com a seguinte carga lectiva semanal:

# T Teórico – 2 h

# TP Teórico-prática – 1 h

# P Prática – 1 h (2 h de laboratório, em semanas alternadas); 

Todas as aulas decorrerão presencialmente.

As aulas P são obrigatórias e exclusivas para estudantes sem frequência.

Os testes e exames estão previstos serem presenciais.

Componente Teórica

1. A avaliação da componente teórica é efectuada através de testes ou exame.
2. No âmbito da avaliação contínua serão efectuados 2 testes ao longo do semestre, cuja classificação será arredondada às décimas.
3. A classificação da componente T (CT) é a média aritmética arredondada às décimas das classificações obtidas nos testes ou a classificação do exame final.
4. Os estudantes que obtenham uma classificação CT igual ou superior a 10 valores obtêm aprovação na componente teórica.

Componente Teórico-Prática

 Esta componente não tem avaliação direta. 

Componente Prática

1. As aulas práticas (laboratoriais) terão início na 2ª semana de aulas, e destinam-se exclusivamente a alunos que nunca tenham obtido frequência a esta UC ou alunos que tenham perdido frequência (por a terem obtido há mais de dois anos).
2. Na primeira aula prática de cada turno serão: a) apresentadas em detalhe as regras de avaliação desta componente; b) confirmadas presencialmente as inscrições nos turnos; c) constituídos os grupos de trabalho (2 estudantes por grupo); d) normas de funcionamento especiais no âmbito da presente situação de pandemia.
3. Os estudantes que não satisfaçam o nº 2.b poderão ter a sua inscrição no turno prático cancelada no CLIP.
4. Os alunos que tenham obtido frequência há mais de dois anos, deixam de ter frequência. Para se inscreverem nas aulas práticas devem contactar o docente responsável pelas aulas de laboratório por correio electrónico, indicado por ordem de preferências três turnos práticos. Conforme a disponibilidade, serão inscritos num turno.
5. No limite das vagas disponíveis, poderão ser aceites mudanças de turno durante a primeira semana de aulas práticas. Para tal, os estudantes deverão contactar o docente responsável pelas aulas de laboratório por correio electrónico.
6. Nas aulas de laboratório serão realizados 5 trabalhos de laboratório e um breve questionário sobre cada trabalho a entregar no final da aula; os estudantes serão avaliados pelo desempenho, pelos questionários sobre cada actividade experimental e por um relatório detalhado a entregar no final do semestre sobre um dos 5 trabalhos realizados que será indicado pelo docente. 
7. A classificação final da componente prática CP  será  calculada utilizando a seguinte expressão, sendo a classificação arredondada às décimas.

CP = CRel × 0,7 + CQuest × 0,3

A CQuest será a média aritmética dos questionários arredondada às décimas e CRel será nota obtida no relatório também arredondada às decimas. Qualquer umas das compontentes (questionários, relatório) em falta entrará na expressão com a classificação de 0 valores (ou seja, também não é considerado o desempenho).

8. Se necessário e aplicável o docente reserva-se o direito de realizar uma avaliação oral individual ou em grupo.
9. Os estudantes que obtenham uma classificação CP igual ou superior a 10 valores e que tenham dado faltas em número igual ou inferior a 1, obtêm aprovação na componente prática.

Frequência

1. Os estudantes aprovados na componente prática obtêm frequência à unidade curricular.
2. A frequência obtida nos dois último anos lectivos é válida no corrente ano lectivo.

3. As pautas com a indicação dos alunos com frequências obtidas em anos anteriores serão publicadas no início do semestre. É da responsabilidade do aluno verificar a sua situação.

Aprovação

1. Os estudantes aprovados simultaneamente nas componentes teórico e prática obtêm aprovação na unidade curricular.

Classificação Final dos Estudantes

1. A classificação final (CF) é o resultado da seguinte expressão aproximado às unidades:
           C= C× 0,7 + C× 0,3

 

Melhoria de Nota

1. Os estudantes que pretendam efectuar melhoria de nota devem cumprir, para esse efeito, as formalidades legais de inscrição.
2. Os estudantes que tenham obtido aprovação na unidade curricular nos dois últimos anos letivos, podem melhorar apenas a classificação da componente teórica.
3. Em qualquer dos dois casos referidos no número anterior, as classificações da outra componente de avaliação (CP), contribuem da forma prevista para a nova classificação final em caso de melhoria efectiva.
4. A nova classificação final é obtida seguindo a fórmula referida acima.
5. Nos restantes casos, não previstos nos números anteriores, o estudante não melhora a classificação.

 Regras Adicionais – Conduta na Sala de Aula

1. Para que todos beneficiem da experiência de aprendizagem é exigido aos estudantes que respeitem as seguintes regras de conduta na sala de aula:

a) Pontualidade: Os estudantes deverão estar presentes na sala à hora de começo da aula. Os docentes impedirão a entrada dos estudantes que cheguem mais de 5 minutos atrasados;
b) Preparação das aulas e participação nas discussões: A participação activa exige que os estudantes preparem a matéria apresentada e discutida nas aulas, e que contribuam para as discussões;
c) Os telemóveis, durante as aulas de todas as componentes de Física de Estado Sólido a menos que seja dada informação contrária pelo docente, devem permanecer desligados e guardados até ao fim da aula.
d) A utilização de computadores portáteis e outros aparelhos electrónicos nas salas de aulas está sujeita à aprovação dos docentes.

 Regras Adicionais – Testes e Exame

1. Cada teste incidirá essencialmente sobre toda a matéria leccionada nas aulas teóricas até à aula teórica anterior ao teste.
2. Os testes realizam-se na data, horário e sala previamente anunciados no CLIP.
3. Os estudantes só poderão ter consigo durante a prova de avaliação:

a) Material de escrita;
b) Documento de identificação com fotografia;
c) Máquina de calcular científica, não programável e não gráfica.

4. Durante a realização das provas não é permitida a utilização de aparelhos electrónicos, tais como máquinas de calcular e telemóveis (os quais devem estar desligados e não podem estar sobre as mesas onde é realizada a prova).
5. Não é permitido desagrafar as folhas dos cadernos com os enunciados e com as resoluções feitas pelos estudantes na prova.
6. A prova será anulada se não forem satisfeitos os n.ºs 3, 4 ou 5.
8. Os estudantes que cometam fraude numa prova de avaliação (Teste ou Exame) terão a referida prova anulada, estão automaticamente reprovados na unidade curricular no presente ano lectivo.

Conteúdo

1.   Propriedades eléctricas dos metais
1.1  Teoria clássica da condução nos metais.
1.2  Falhas da teoria clássica.
1.3  Aspectos qualitativos da teoria quântica da condução eléctrica.
1.4  Teoria das bandas de energia dos sólidos I.
1.5  Distribuição de Fermi-Dirac.
1.6  A densidade de estados.
1.7  O modelo do electrão livre.
1.8  A densidade de estados ocupados.
1.9  Introdução à teoria das bandas da condução eléctrica.


2.      Semicondutores
2.1  Teoria das bandas de energia II.
2.2  Diferença entre isolantes e semicondutores.
2.3  Lacunas.
2.4  Propriedades ópticas dos semicondutores. Fotocondutividade.
2.5  A massa efectiva.
2.6  Semicondutores do tipo n e do tipo p. Efeito de Hall.
2.7  O modelo do electrão livre aplicado a semicondutores.


3.      Propriedades térmicas dos sólidos.
3.1  Vibrações térmicas dos átomos. Fonões.
3.2  Expansão térmica.
3.3  Contribuição das vibrações térmicas da rede cristalina para a capacidade calorífica dos sólidos cristalinos
3.3.1        Teoria clássica.
3.3.2        Modelo de Einstein.
3.3.3        Modelo de Debye
3.4  Condutividade térmica.


4.  Propriedades magnéticas dos sólidos
4.1  Grandezas magnéticas macroscópicas.
4.2  Momento magnético atómico.
4.3  Paramagnetismo. Teoria de Brillouin.
4.4  Ferromagnetismo. Domínios ferromagnéticos. Materiais magnéticos permanentes.


5.      Cristais e sólidos cristalinos
5.1  Estruturas compactas.
5.2  Estruturas não-compactas.
5.3  A rede cristalina.
5.4  Planos cristalográficos.
5.5  Difracção de raios X.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: