O documento descreve um curso de introdução à física do estado sólido, abordando tópicos como estrutura cristalina, difração de raios-X, vibrações da rede, elétrons livres, bandas de energia, semicondutores, metais, supercondutividade e métodos experimentais como espalhamento e espectroscopia. O curso inclui provas, trabalhos e aulas com horários a serem combinados.

1. FMT402: Introdução à Física do Estado SólidoFMT402: Introdução à Física do Estado Sólido
Ementa: Estrutura cristalina. Difração de Raios X e rede recíproca. Ligações
cristalinas. Vibrações da rede, fonons e propriedades térmicas. Gás de Fermi de
elétrons livres. Bandas de energia. Semicondutores. Metais e superfícies de Fermi.
Processos óticos. Magnetismo. Supercondutividade.
Bibliografia:
Introduction to Solid State Physics, Charles Kittel, 8a. edição, Wiley (2005)
Solid State Physics, N.W. Ashcroft e N.D. Mermin, Saunders College (1976)
Electronic Structure and the Properties of Solids, W.A. Harrison, Dover (1989)
ee--books: disponíveis para download na página do cursobooks: disponíveis para download na página do curso
Introduction to Modern Solid State Physics, Yuri M. Galperin (U. Oslo)
Solid State Physics, Chetan Nayak (UCLA)
Solid State Physics, Peter Mitchell (Manchester University)

2. FMT402: Introdução à Física do Estado SólidoFMT402: Introdução à Física do Estado Sólido
Calendário de Atividades:
Data Atividade Assunto
15/10/09 1ª. Prova Listas 1,2,3
03/12/09 2ª. Prova Listas 4,5,6
10/12/09 Sub Tudo
A combinar Rec Tudo
Horário de atendimento: a combinar com os alunos.
Página na web: http://plato.if.usp.br/~fmt0402n

3. FMT402: Introdução à Física do Estado SólidoFMT402: Introdução à Física do Estado Sólido

4. FMT402: Introdução à Física do Estado SólidoFMT402: Introdução à Física do Estado Sólido
Métodos experimentais:
• Espalhamento: luz visível, ultra-violeta, raios X, neutrons, elétrons
Partículas incidentes com energia e momento conhecidos: medimos
a energia e o momento da partícula espalhada
• NMR: Aplica-se um campo magnético estático B e medimos a
absorção/emissão de radiação
• Termodinâmica: mede-se a resposta de variáveis macroscópicas
(energia, volume, etc) a variações de temperatura, pressão, etc
• Transporte: mede-se a corrente elétrica ou de calor em resposta a
uma diferença de potencial elétrico ou gradiente de temperatura
aplicado

5. Métodos EspectroscópicosMétodos Espectroscópicos
Interação luzInteração luz--
matériamatéria
Resultados possíveis:Resultados possíveis:
Espalhamento da luzEspalhamento da luz
Absorção da luzAbsorção da luz
Emissão de elétronsEmissão de elétrons
etcetc
Espectroscopia Fotoeletrônica (PES): efeito fotoelétricoEspectroscopia Fotoeletrônica (PES): efeito fotoelétrico
Fonte de luz:Fonte de luz: UltraUltra--violeta (UPS)violeta (UPS)
Raios X (XPS)Raios X (XPS)
Resultados possíveis:Resultados possíveis:
Espalhamento da luzEspalhamento da luz
Absorção da luzAbsorção da luz
Emissão de elétronsEmissão de elétrons
etcetc

6. XPSXPS
O que é XPS?O que é XPS?
XX--ray photoelectron spectroscopy (XPS), ou Electron Spectroscopy forray photoelectron spectroscopy (XPS), ou Electron Spectroscopy for
Chemical Analysis (ESCA), é uma técnica de uso geral para investigar aChemical Analysis (ESCA), é uma técnica de uso geral para investigar a
composição química de materiais (camada de ~ 50composição química de materiais (camada de ~ 50 Å, ou seja, próximo àÅ, ou seja, próximo à
superfície)superfície)
A técnica XPS, baseada no efeito fotoelétrico, foi desenvolvida emA técnica XPS, baseada no efeito fotoelétrico, foi desenvolvida em
meados da década de 1960 por Kai Siegbahn e seu grupo na Universidademeados da década de 1960 por Kai Siegbahn e seu grupo na Universidade
de Uppsala, Suéciade Uppsala, Suécia
K. Siegbahn, Et. Al.,Nova Acta Regiae Soc.Sci., Ser. IV, Vol. 20 (1967). Prêmio Nobel
de Física em 1981

7. Detalhes experimentaisDetalhes experimentais
5 4 . 7
XX--rayray
SourceSource
ElectronElectron
OpticsOptics
Hemispherical Energy AnalyzerHemispherical Energy Analyzer
Position SensitivePosition Sensitive
Detector (PSD)Detector (PSD)
Magnetic ShieldShieldOuter SphereOuter Sphere
Inner SphereInner Sphere
SampleSample
ComputerComputer
SystemSystem
AnalyzerAnalyzer
ControlControl
MultiMulti--ChannelChannel
Plate ElectronPlate Electron
MultiplierMultiplierResistiveResistive
Anode EncoderAnode Encoder
Lenses forLenses for
EnergyEnergy
AdjustmentAdjustment
(Retardation)(Retardation)
Lenses forLenses for
Analysis AreaAnalysis Area
DefinitionDefinition
Position ComputerPosition Computer
PositionPosition
AddressAddress
ConverterConverter
F. Alvarez (IFGW-UNICAMP)
www.if.unicamp.br/~alvarez/Plasma-LIITS

8. Detalhes experimentaisDetalhes experimentais
Fontes de luz
UV:
radiação He I : Transição 21P1(1s12p1)-11S0(1s2) do He em 58.4 nm (21.22 eV)
radiação He II: Transição 2p – 1s do íon He+ em 30.4 nm (40.81 eV)
Raios X:Raios X:
MgKα 1253.7 eV e 1253.4 eV
AlKα 1486.7 eV e 1486.3 eV
Radiação síncrotron

9. Processo de fotoemissãoProcesso de fotoemissão
Conservação da energia:
hh = EEBB + KK
1s
2s
2p
Banda de valência
Banda de condução
EEFF
Elétron livreElétron livre
Radiação
incident
e
Fotoelétron ejetado
O instrumento XPS (UPS)
mede as energias cinéticas
de todos os elétrons
coletados

10. Difração de raios XDifração de raios X
1895 Raios X descobertos por Roentgen
1914 Primeiro padrão de difração de um cristal obtido
por Knipping e von Laue
1915 Teoria para determinar a estrutura cristalina a
partir do padrão de difração desenvolvido por
Bragg.
1953 Estrutura do DNA resolvida por Watson and Crick
nl=2dsin(Q)

11. Difração de raios XDifração de raios X

12. Sólidos cristalinosSólidos cristalinos

13. Sólidos cristalinosSólidos cristalinos

14. Sólidos cristalinosSólidos cristalinos

15. Sólidos cristalinosSólidos cristalinos
Cristais cúbicos
Ag, Au, Al, Ni
Cúbico de face centrada Cúbico de corpo centrado
Nb, Ta, Ba, Mo
Cúbico simples
CsCl,CuZn, CsBr, LiAg

16. Sólidos cristalinosSólidos cristalinos

17. Sólidos cristalinosSólidos cristalinos
Uma coleção de pontos em que a vizinhança em torno de cada ponto é
igual à vizinhança em qualquer outro ponto sob uma translação é
chamada de uma rede de Bravais
Célula primitiva é o volume definido pelos três vetores primitivos (em
3D), definidos como vetores da rede que produzem a célula unitária de
volume mínimo V = a . (b x c)
Há várias maneiras de definir a célula primitiva, mas todas as células
primitivas tem o mesmo volume

18. Sólidos cristalinosSólidos cristalinos
Cristal = rede de Bravais + base

19. Sólidos cristalinosSólidos cristalinos

20. Sólidos cristalinos: defeitos pontuaisSólidos cristalinos: defeitos pontuais
(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning

21. Sólidos cristalinos: outros defeitosSólidos cristalinos: outros defeitos
Discordâncias
Contornos de grãos
(c)2003Brooks/ColePublishing/Thomson
Learning