Teorija trdne snovi

Vpis v letnik študija.

Opravljen seminar je pogoj za pristop k ustnemu izpitu.

Simetrije v kristalih: Simetrijske operacije v kristalih. Točkovne grupe. Prostorske grupe. Reprezentacije. Elektronska stanja v kristalih. Simetrija na obrat časa.

Mrežna nihanja - fononi: Sklopitev med elektroni in ioni, adiabatski približek, vibronska sklopitev, Jahn-Tellerjev pojav.  Matrika konstant vzmeti. Klasična mrežna nihanja, akustične in optične veje. Teorija elastičnosti. Kvantizacija mrežnih nihanj.

Fononski procesi: Dinamični strukturni faktor, elastično in neelastično sipanje.

Elektroni v kristalih: Enodelčni efektivni približki. Teorija gostotnih funkcionalov. Sklopitev spin-tir. Topološki izolatorji.

Transport: Gibanje elektronov v Wannierjevi sliki. Boltzmannova enačba, sipalni čas. Tenzor prevodnosti, magnetoupornost, Hallova konstanta.

Teorija Fermijeve tekočine: Adiabatičnost, koncept kvazidelcev. Kvazidelčni življenski čas. Kvazidelčna porazdelitev. Rezidualne interakcije in Landauovi fenomenološki parametri. Specifična toplota, stisljivost, spinska susceptibilnost, efektivna masa.

Sklopitev med snovjo in svetlobo: Optični prehodi. Eksitoni.

Dielektrična konstanta: Lindhardtova enačba, izpeljava s pomočjo formalizma linearnega odziva. Statično senčenje, zasenčitvena razdalja.  Dinamično senčenje, plazemske oscilacije. Dielektrična konstanta polprevodnika. Povezava dielektrične konstante s prevodnostjo.

Močno korelirani elektroni: Hubbardov model, Mottov izolator. Fermijeve in ne-Fermijeve tekočine, slabe kovine, čudne kovine.

Magnetne lastnosti: Spinski modeli, osnovna in vzbujena stanja. Magnetne prostorske grupe. Magnetne oscilacije (de Haas-van Alphenov pojav). Magnetne nečistoče. Spinske tekočine.

Superprevodnost: Privlačna sklopitev med elektroni, Cooperjevi pari. Osnovno stanje supreprevodnika. Lastnosti ureditve v supreprevodnem stanju. Vzbujena stanja superprevodnika. Andreevi odboji, učinek bližine. Topološki superprevodniki.

- N.W. Ashcroft, N.D. Mermin: Solid State Physics, Holt-Saunders 1976.
- M.P. Marder: Condensed Matter Physics, J. Wiley, 2000.
- G. Burns: Solid State Physics, Academic Press, 1990.
- J.M. Ziman: Principles of the Theory of Solids, Cambridge University Press 1964,1972.
- C. Kittel: Quantum Theory of Solids, J. Wiley 1963.
- O. Madelung: Introduction to Solid-State Theory, Springer-Verlag 1978.
- W. Harrison: Solid State Theory, McGraw-Hill, 1970.

- S. M. Girvin, K. Yang: Modern Condensed Matter Physics, Cambridge University Press, 2019.

- M. Glazer, G. Burns: Space Groups for Solid State Scientists, Academic Press, 2016.

- T. Inui, Y. Tanabe, Y. Onodera: Group Theory and Its Applications in Physics, Springer, 1976.

- G. D. Mahan: Condensed Matter in a Nutshell, Princeton University Press, 2011.

- U. Roessler: Solid State Theory: An Introduction, Springer-Verlag, 2009.

- M. L. Cohen, S. G. Louie: Fundamentals of Condensed Matter Physics, Cambridge University Press, 2016.

- D. Arovas: Lecture Notes on Condensed Matter Physics, UCSD, 2023.

Poglobljeno razumevanje simetrij v kristalih, dielektričnih, magnetnih in mehanskih lastnosti snovi, kolektivnih urejenih stanj in faznih prehodov pri nizkih temperaturah.

Znanje in razumevanje
Razumevanje simetrijskih lastnosti kristalov, ter uporabe simetrij pri razumevanju mrežnih nihanj ter elektronskih stanj v trdnih snoveh. Razumevanje elektronskih korelacij ter njihovih posledic na večdelčna stanja v trdni snovi kot sta magnetizem ter superprevodnost.

Uporaba
Pridobljeno znanje omogoči poglobljeno razumevanje lastnosti trdnih snovi. Je podlaga za nadalnji študij trdnih snovi, materialov ter za temeljne raziskave v trdni snovi. Predstavlja tudi osnovo za raziskave v elektroniki in sodobnih tehnologijah.

Refleksija
Primer uporabe teoretičnih osnov teorije grup, kvantne mehanike in statistične fizike za obravnavo in opis lastnosti realnih snovi.

Prenosljive spretnosti - niso vezane le na en predmet
Prehod od teoretičnih fizikalnih predmetov k razumevanju osnovnih lastnosti kondenziranih snovi in njihove tehnološke uporabe.

Predavanja, vaje, seminar, individualne naloge, konzultacije

Seminar
Ustni izpit
5 - 10, pri čemer velja, da je pozitivna ocena od 6 - 10

Janez Bonča:

1. MIERZEJEWSKI, Marcin, PRELOVŠEK, Peter, BONČA, Janez. Einstein relation for a driven disordered quantum chain in the subdiffusive regime. Physical review letters. 2019, vol. 122, iss. 20, str. 206601-1-206601-7

2. VIDMAR, Lev, KRAJEWSKI, Bartosz, BONČA, Janez, MIERZEJEWSKI, Marcin. Phenomenology of spectral functions in disordered spin chains at infinite temperature. Physical review letters. 2021, vol. 127, iss. 23, str. 230603-1-230603-7

3. ŠUNTAJS, Jan, BONČA, Janez, PROSEN, Tomaž, VIDMAR, Lev. Quantum chaos challenges many-body localization. Physical review. E. 2020, vol. 102, iss. 6, str. 062144-1-062144-12

4. BONČA, Janez. Spectral function of an electron coupled to hard-core bosons. Physical review. B. 2020, vol. 102, iss. 3, str. 035135-1-035135-9

5. KRAJEWSKI, Bartosz, VIDMAR, Lev, BONČA, Janez, MIERZEJEWSKI, Marcin. Restoring ergodicity in a strongly disordered interacting chain. Physical review letters. 2022, vol. 129, iss. 26, str. 260601-1-260601-7

6. BONČA, Janez, TRUGMAN, Stuart A. Electron removal spectral function of a polaron coupled to dispersive optical phonons. Physical review. B. 2022, vol. 106, iss. 17, str. 174303-1-174303-9

Rok Žitko:

7. Universal Magnetic Oscillations of dc Conductivity in the Incoherent Regime of Correlated Systems
Jakša Vučičević, Rok Žitko
Phys. Rev. Lett 127, 196601 (2021)

8. Electrical conductivity in the Hubbard model: Orbital effects of magnetic field
Jakša Vučičević, Rok Žitko
Phys. Rev. B 104, 205101 (2021)

9. Iron phthalocyanine on Au(111) is a “non-Landau” Fermi liquid
R. Žitko, G. G. Blesio, L. O. Manuel, A. A. Aligia
Nat. Commun. 12, 6027 (2021)

10. Kondo screening in a charge-insulating spinon metal
M. Gomilšek, R. Žitko, M. Klanjšek, M. Pregelj, C. Baines, Y. Li, Q. M. Zhang, A. Zorko
Nat. Phys. 15, 754 (2019)

11. Conductivity in the Square Lattice Hubbard Model at High Temperatures: Importance of Vertex Corrections
J. Vučičević, J. Kokalj, R. Žitko, N. Wentzell, D. Tanasković, and J. Mravlje
Phys. Rev. Lett. 123, 036601 (2019)

12. Mottness collapse without metallisation in the domain walls of triangular-lattice Mott insulator 1T-TaS2
J. Skolimowski, Ya. Gerasimenko, R. Žitko
Phys. Rev. Lett. 122, 036802 (2019)