Course syllabus
(2464) FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO

Academic term 2024/2025

Spanish course syllabus

  1. Identification

    1. About the course

      2. Academic Term
      2024/2025
      Degree
      GRADO EN FÍSICA
      Course
      FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO
      Code
      2464
      Year
      CUARTO
      Course type
      OBLIGATORIA
      Number of groups
      1
      ECTS
      6.0
      Estimation of workload
      150.0
      Timeline
      2º Cuatrimestre
      Languages
      English
      Academic Term 2024/2025
      Degree

      GRADO EN FÍSICA
      Course FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO
      Code 2464
      Year CUARTO
      Course type OBLIGATORIA
      Number of groups 1
      ECTS 6.0
      Estimation of workload 150.0
      Timeline 2º Cuatrimestre
      Languages English

    2. Teaching staff

      • COLCHERO PAETZ, JAIME VIRGILIO Professor: GRUPO 1 Group coordination: GRUPO 1 Course coordinator

        Category

        PROFESORES TITULARES DE UNIVERSIDAD

        Area

        FÍSICA DE LA MATERIA CONDENSADA

        Department

        FÍSICA

        Email / Personal web page / Online tutoring sessions

        colchero@um.es Online tutoring sessions: No

        Phone number and office hours

        Duration:
        C2         		Day:
        Miércoles         		Hours:
        15:30-17:30         		Place:
        868888273, Centro de Investigación en Óptica y Nanofísica (CIOyN) B1.1.021
        Remarks:
        Con Cita previa, se aceptra tambien otro horario.

  2. Presentation

    3. The basic pillars of Solid State Physics are three: non-relativistic quantum mechanics, statistical physics and the discrete symmetry (and therefore "broken" with respect to homogeneous space) of the solid state. The foundations of quantum mechanics and physics statistics have been studied in previous subjects The concept of discrete symmetry implies that space is not homogeneous, that is, that in the crystal lattice continuous translations and rotations are not elements of symmetry; only some of the transactions and rotations manage to "survive". The corresponding symmetry group is a discrete group.

    On the other hand, although these pillars conceptually explain Solid State Physics, in most interesting cases the corresponding basic equations are intractable if we start from "first principles." It is therefore essential to introduce different approximations. Based on these approximations we can develop more or less simple models whose solutions give us a way to interpret in physical terms what "must be happening".

    A detailed and quantitative understanding is difficult because Solid State Physics presents many different phenomena with a very similar range of energies. Determining which is the decisive phenomenon based on the different macroscopic parameters (temperature, pressure, external fields, etc.) is complex. In this sense, Solid State Physics is still not very exact, almost "chemistry", which on the other hand is very close It is difficult to transmit to the student all the richness of a discipline as complex as Solid State Physics. The objective of the Solid State Physics subject is to establish in the student a solid base of knowledge that allows them to later apply it to different phenomena that may be encountered in their subsequent academic or professional career.Enter the subject presentation here.

  3. Conditions of access to the course

    1. Incompatibilities

      2. There are no records

    2. Requirements

      3. There are no records

    3. Recommendations

      4. It is strongly recommended to have taken, passed and assimilated the knowledge corresponding to the subjects of:

      -Mathematical Methods II: the part corresponding to Symmetries and Group Theory

      -Physics/Quantum Mechanics

      -Thermal Physics and Statistics

      This knowledge, from previous courses, will be considered assimilated and will constitute part of the basic knowledge that will be used throughout the Solid State Physics subject.

  4. Competencies

    1. Basic competencies

      • CB1: Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
      • CB2: Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
      • CB3: Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética
      • CB4: Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado
      • CB5: Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía

    2. Degree competencies

      • CG1: Desarrollar capacidad de análisis y síntesis en la definición y planteamiento de problemas y en la búsqueda de sus soluciones, tanto en contextos académicos como profesionales.
      • CG2: Desarrollar capacidad de organización y planificación ante los problemas y tareas de estudio o trabajo que se planteen.
      • CG4: Tener conocimiento de una lengua extranjera de relevancia para la física.
      • CG6: Conseguir habilidad para reunir e interpretar datos, información y resultados relevantes, obtener conclusiones y emitir informes razonados en problemas científicos, tecnológicos o de otros ámbitos que requieran el uso de conocimientos de la física.
      • CG7: Desarrollar habilidades para la resolución de problemas aplicando los conocimientos teórico-prácticos adquiridos, en contextos académicos o profesionales.
      • CG8: Desarrollar capacidad para la toma de decisiones, reflexionando sobre las consecuencias de las decisiones propias y ajenas.
      • CG9: Trabajar en equipo.
      • CG13: Desarrollar el razonamiento crítico que repercuta en las posibles soluciones a los problemas.
      • CG14: Adquirir compromiso ético a partir del conocimiento de las buenas prácticas en ciencia y del propio comportamiento en la ejecución de tareas durante la formación académica en física.
      • CG15: Desarrollar capacidad de estudiar y aprender de forma autónoma, con organización de tiempo y recursos, nuevos conocimientos y técnicas en cualquier disciplina científica o tecnológica.
      • CG17: Desarrollar la creatividad en los planteamientos y soluciones a situaciones y problemas que puedan surgir durante cualquier etapa del desarrollo del aprendizaje o el mundo profesional.
      • CG21: Motivarse por la calidad en cualquier tipo de actividad a realizar, inculcando el trabajo metodológico, detallado, riguroso y solvente.
      • CE1: Ser capaz de evaluar claramente los órdenes de magnitud, de desarrollar una clara percepción de las situaciones que son físicamente diferentes, pero que muestran analogías, por lo tanto permitiendo el uso de soluciones conocidas a nuevos problemas. (Destrezas para la resolución de problemas).
      • CE2: Comprender y dominar el uso de los métodos matemáticos y numéricos más comúnmente utilizados. (Destrezas en resolución de problemas y destrezas matemáticas).
      • CE3: Ser capaz de realizar lo esencial de un proceso / situación y establecer un modelo de trabajo del mismo; el graduado debería ser capaz de realizar las aproximaciones requeridas con el objeto de reducir el problema hasta un nivel manejable; pensamiento crítico para construir modelos físicos. (Destrezas de modelado y de resolución de problemas).
      • CE4: Tener una buena comprensión de las teorías físicas más importantes, localizando en su estructura lógica y matemática, su soporte experimental y el fenómeno físico que puede ser descrito a través de ellos. (Comprensión teórica de fenómenos físicos).
      • CE5: Haberse familiarizado con los modelos experimentales más importantes, además ser capaces de realizar experimentos de forma independiente, así como describir, analizar y evaluar críticamente los datos experimentales. (Destrezas experimentales y de laboratorio).
      • CE6: Haberse familiarizado con las áreas más importantes de la física, no sólo a través de su significancia intrínseca, sino por la relevancia esperada en un futuro para la física y sus aplicaciones, familiaridad con los enfoques que abarcan muchas áreas en física. (Cultura general en Física).
      • CE8: Haber mejorado el manejo de lenguas extranjeras a través de cursos impartidos en otros idiomas, por ejemplo estudios en el extranjero a través de programas de intercambio, reconocimiento de créditos en universidades extranjeras o centros de investigación. (Destrezas generales y específicas en lenguas extranjeras).
      • CE9: Ser capaz de iniciarse en nuevos campos a través de estudios independientes. (Capacidad de aprender a aprender).
      • CE10: Ser capaz de buscar y utilizar bibliografía en física y otra bibliografía técnica, así como cualquier fuente de información relevante para trabajos de investigación y desarrollo técnico de proyectos. (Búsqueda de bibliografía y otras destrezas).
      • CE11: Tener un conocimiento en profundidad sobre las bases de la física moderna, por ejemplo en lo concerniente a teoría cuántica, etc. (Cultura general profunda en Física).
      • CE12: Adquirir una comprensión de la naturaleza de la investigación física, de las formas en que se lleva a cabo, y de cómo la investigación en física es aplicable a muchos campos diferentes al de la física, por ejemplo la ingeniería; habilidad para diseñar procedimientos experimentales y/o teóricos para: (i) resolver los problemas corrientes en la investigación académica o industrial; (ii) mejorar los resultados existentes. (Destrezas de investigación básica y aplicada).
      • CE13: Ser capaz de entender los problemas socialmente relacionados que confrontan la profesión y comprender las características éticas de la investigación de la actividad profesional en Física y su responsabilidad para proteger la salud pública y el medio ambiente. (Conciencia ética general y específica).
      • CE14: Ser capaz de comparar nuevos datos experimentales con modelos disponibles para revisar su validez y sugerir cambios con el objeto de mejorar la concordancia de los modelos con los datos. (Destrezas de modelación).
      • CE15: Estar preparado para competir por un puesto docente en física en la educación secundaria. (Espectros de empleos accesibles).
      • CE16: Haberse familiarizado con el "trabajo de genios", es decir, con la variedad y deleite de los descubrimientos y teorías físicas, desarrollando de este modo una conciencia de los) más altos estándares. (Sensibilidad con respecto a estándares absolutos).
      • CE23: Tener un buen conocimiento sobre la situación del arte en, por lo menos, una de las especialidades actuales de la física. (Familiaridad con las fronteras de la investigación).

    3. Transversal and course competencies

      There are no records

  5. Contents

    1. Theoretical contents

      2. Theme 1: Introduction

      1. Born Oppenheimer
      2. Van der Waals Interaction
      3. Chemical Binding
      4. The Atom Chain: 1D tight binding

      Theme 2: Symmetries

      Theme 3: Structure of Crystaline Solids

      Theme 4: Reciprocal Space

      Theme 5: Diffraction

      Theme 6: Vibrations and Phonons in a Crystaline Solid

      Theme 7: Thermal Properties of the Crystal

      Theme 8: Free Electron Gas

      Theme 9: Electrons in a periodic lattice

    2. Practical contents

      There are no records

  6. Training activities

    7. Training Activity Methodology Hours In-person
    AF1: Asistencia y participación en clases teóricas 40.0 100.0
    AF2: Asistencia y participación en seminarios/talleres 3.0 100.0
    AF3: Asistencia y participación en clases prácticas de aula 12.0 100.0
    AF7: Tutoría ECTS 2.0 100.0
    AF8: Realización de las pruebas de evaluación 3.0 100.0
    AF9: Trabajo autónomo 90.0 0.0
    Total 150.00

  7. Course schedule

    8. https://www.um.es/web/estudios/grados/fisica/2024-25#horarios

  8. Assessment systems

    9. Identifier Name of the assessment tool Assessment criteria Weighting
    SE1 Pruebas escritas (exámenes): pruebas objetivas, de desarrollo, de respuesta corta, de ejecución de tareas, de escala de actitudes realizadas por los alumnos para mostrar los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos.

    The final exam will consist of two parts, one of theory (A) and another of problems (B).

    (A) The theory part will last about 60 minutes and will be similar to the "tests" described in the previous paragraph. It will not be allowed to use any type of help (forms or books).

    (B) The problems part will last 120-150 min. In general, problems similar to those proposed to the students during the course will be proposed. The use of a handwritten form (2-3 pages) will be allowed, which should only contain notes, definitions and /or theorems; but not references to problems, and in particular it must not contain solved problems.

    It is necessary to pass the theory part. If the theory part is approved, both parts, the theory part and the problems part, will be valued at 50% in the final grade.

    In addition, we will try to carry out between 3 and 4 ''virtual tests'' throughout the subject, which last about 60 minutes. These ''tests'' will be fundamentally related to the theoretical part of the subject and in particular the knowledge of the concepts and definitions that have been developed in class will be evaluated. Simple questions may also be proposed (= that do not require complicated calculations or a calculator or computer).

    		 80.0
    SE2 Pruebas orales (exámenes): entrevistas de evaluación, preguntas individualizadas planteadas para valorar los resultados de aprendizaje previstos en la materia. 0.0
    SE3 Informes escritos, trabajos y proyectos: trabajos escritos, portafolios, etc., con independencia de que se realicen individual o grupalmente. 20.0
    SE4 Presentación pública de trabajos: exposición de los resultados obtenidos y procedimientos necesarios para la realización de un trabajo, así como respuestas razonadas a las posibles cuestiones que se plantee sobre el mismo. 0.0
    SE5 Ejecución de tareas prácticas: realización de actividades encaminadas a que el alumno muestre el saber hacer en la disciplina correspondiente. 0.0
    SE6 Procedimientos de observación del trabajo del estudiante: registros de participación, de realización de actividades, cumplimiento de plazos, participación en foros 0.0
    SE7 Autoevaluación: informes, cuestionarios, entrevistas para la valoración del estudiante de su propio trabajo. 0.0

  9. Exam dates

    10. https://www.um.es/web/estudios/grados/fisica/2024-25#examenes

  10. Learning outcomes

    11. -Understand the complexity of the fundamental equation of the solid state (Schroedinger equation of all particles of the solid) and the approximations that are introduced to address the problem (Born-Oppenheimer approximation).

    - Assimilate the importance and significance of symmetries (discrete point and translational) for the crystalline solid.

    - Understand, based on symmetry approaches, Bloch's theorem, and the Born-Von Karman boundary condition.

    - Being able to classify the most relevant crystalline structures according to their symmetry.

    - Being able to determine the diffraction pattern expected in the most common crystallography experiments, based on the symmetry of a crystalline structure.

    - Being able to, based on the approximations and symmetries discussed above, deduce the equation of motion of one- and three-dimensional crystals.

    - Knowing how to determine, for the simplest structures, the frequencies and normal modes of vibrations of a three-dimensional solid.

    - Understand how the dynamic properties of the network determine its thermal properties.

    - Understand why the simple free electron gas model is able to explain many of the fundamental properties of metals.

    - Knowing the electronic properties of conductors, semiconductors and insulators; and be able to understand its application to the most basic electronic devices.

  11. Bibliography

    12. Basic bibliography

    There are no records

    Further reading

    There are no records

  12. Remarks

    13. SPECIAL EDUCATIONAL NEEDS

    Those students with disabilities or special educational needs may contact the Service of Attention to Diversity and Volunteering (ADYV - https://www.um.es/adyv) to receive guidance on better use of their training process and, where appropriate, the adoption of measures of equalization and improvement for inclusion, under the Rectoral Resolution R-358/2016. The treatment of information about this student body, in compliance with the LOPD, is strictly confidential.

    STUDENT EVALUATION REGULATIONS

    Article 8.6 of the Student Evaluation Regulation (REVA) provides that "except in the case of activities defined as compulsory in the teaching guide, if the student is unable to follow the continuous evaluation process due to duly justified supervening circumstances, he/she shall be entitled to take a global test".

    It is also recalled that Article 22.1 of the Student Evaluation Regulations (REVA) stipulates that "the student who uses fraudulent conduct, including the improper attribution of identity or authorship, or is in possession of means or instruments that facilitate such conduct, will obtain a grade of zero in the evaluation procedure and, where appropriate, may be subject to sanction, after opening disciplinary proceedings".