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Doble Grado en Matemáticas y Física. Opción A

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Física del Estado Sólido

Código asignatura
2GMAFI2A-5-001
Curso
Quinto
Temporalidad
Anual
Carácter
Obligatoria
Créditos
12
Pertenece al itinerario Bilingüe
No
Actividades
  • Clases Expositivas (84 Hours)
  • Tutorías Grupales (8 Hours)
  • Prácticas de Aula/Semina (14 Hours)
  • Prácticas de Laboratorio (14 Hours)
  • No Presenciales (0 Hours)
Guía docente

La asignatura se encuadra dentro de la materia básica de Estructura de la Materia  y se imparte en cuarto curso. Su principal objetivo es profundizar en la comprensión de las propiedades y los fenómenos que presentan los materiales sólidos a partir de modelos de interacción microscópicos. Tiene un carácter fundamental para poder abordar otras asignaturas del Grado, tales como Fotónica, Fisica de Materiales Funcionales, Nanociencia y Nanotecnología, y Materiales Magnéticos. 

En el supuesto que las circunstancias sanitarias u otras sobrevenidas lo requieran, y de acuerdo con las directrices que puedan adoptar las autoridades académicas de la Universidad de Oviedo, se procederá a elaborar una adenda a esta guía docente, donde se especificará la adaptación del presente documento al formato no presencial.

El Grado en Física está diseñado para estudiantes con capacidad para el razonamiento abstracto y la resolución de problemas, además del imprescindible hábito de trabajo, dedicación al estudio y gusto por la Física. Son necesarios conocimientos de las asignaturas Física Cuántica, Termodinámica y Física Estadística. Es muy conveniente poseer una buena base de las disciplinas básicas tales como Mecánica y Ondas, Electromagnetismo, Óptica, Termodinámica, Física Estadística y Mecánica Cuántica, pues algunos aspectos claves de estas disciplinas son primordiales para poder asimilar los conocimientos de la Física del Estado Sólido de manera aceptable. 

Se espera que durante el desarrollo de esta asignatura el estudiante adquiera las competencias transversales de capacidad de análisis y síntesis (CT1), capacidad de organización y planificación (CT2), comunicación oral y escrita (CT3), resolución de problemas (CT6), trabajo en equipo (CT7), razonamiento crítico (CT8), así como las competencias específicas de conocimiento y comprensión de los fenómenos y de las teorías físicas más importantes (CE1), capacidad de estimar órdenes de magnitud para interpretar fenómenos diversos (CE2), adquisición de conocimientos matemáticos y capacidad de profundizar en su aplicación en el contexto general de la física (CE3) y capacidad de modelado de fenómenos complejos, trasladando un problema físico al lenguaje matemático (CE5).

Los objetivos formativos generales que se esperan alcanzar con el estudio de la asignatura Física del Estado Sólido son, por una parte, el conocimiento y comprensión de los fenómenos físicos y las propiedades asociadas con los sólidos (CE1) y, por otra, el desarrollo de la capacidad de modelado de situaciones de la vida real (CE2, CE3 y CE5). De forma concreta, se espera conseguir los siguientes resultados del aprendizaje:

  • Comprender la relación entre estructura, características de enlace y propiedades de los sólidos.
  • Asimilar el papel fundamental de la estructura electrónica y su influencia en las propiedades de transporte.
  • Conocer los fundamentos de la interacción de la radiación electromagnética con los sólidos.
  • Descripción de las espectroscopias de electrones y fotones.
  • Conocer las propiedades electrónicas de los semiconductores.
  • Entender la aparición de fenómenos cooperativos como el ferromagnetismo o la superconductividad.

De acuerdo con la memoria de grado, los contenidos de la asignatura de Física del Estado Sólido son:

  - Enlace Químico.

· - Estructura cristalina. Difracción (Rayos X, electrones, neutrones y átomos). Defectos.

· - Dinámica de red. Propiedades térmicas.

· - Estados electrónicos: estructura de bandas.

· -Transporte electrónico en sólidos.

· - Propiedades ópticas. Espectroscopia.

· - Interacción entre electrones.

· - Introducción al magnetismo. Propiedades magnéticas de la materia.

· - Introducción a la superconductividad.

Estos contenidos son impartidos de acuerdo con la siguiente planificación:

Bloque 1. Primer Cuatrimestre (Estructura y Dinámica)
 -Tema 1.Estructura cristalina. Difracción (rayos x, electrones, neutrones y átomos) 
 -Tema 2. Enlace Químico.
 -Tema 3. Dinámica de red. Propiedades térmicas.
 -Tema 4. Defectos.

Bloque 2: Segundo Cuatrimestre (Electrones en sólidos)
 - Tema 5. Modelo de electrones clásicos – Modelo de Drude.
 - Tema 6. Modelo de electrones cuánticos libres – Modelo de Sommerfeld.
 - Tema 7. Modelo de la cadena Tight-Binding.
 - Tema 8: Modelo Tight-Binding.
 - Tema 9.  Magnetismo.
 - Tema 10 Semiconductores y superconductores.

La Metodología docente se estructura en cuatro tipos de actividades formativas:

Clases expositivas: Impartidas al grupo completo, no necesariamente como lección magistral, sino procurando una participación activa del alumnado en la dinámica de las mismas. En estas clases se desarrollarán los contenidos teóricos de la asignatura, combinados con la resolución de problemas y ejercicios. Se utiliza la pizarra y los diferentes medios audiovisuales. Las competencias asociadas que se desarrollarán con esta actividad formativa son: CT1, CT3, CT6, CT8, CE1, CE2, CE3, CE5

Prácticas de Aula / Seminarios: Por cada tema del Programa de la asignatura

  • Se entregarán Hojas de problemas para ayudar a los alumnos a asimilar los conceptos fundamentales de la Física del Estado Sólido.
  • Se dedicarán seminarios para la resolución de algunos de los ejercicios contenidos en esas Hojas de problemas, que los alumnos podrán haber realizado previamente. Estos podrán contar con la participación activa de los alumnos.
  • Algunos de los seminarios podrán estar destinados a la resolución en la pizarra de ejercicios característicos por parte del profesor.

Las competencias asociadas que se desarrollarán con esta actividad formativa son: CT1, CT2, CT3, CT6, CT7, CT8, CE1, CE2, CE3, CE5

 Prácticas de Laboratorio: Se realizarán dos periodos de sesiones de prácticas de laboratorio. En el primer periodo, los alumnos realizarán prácticas sobre la estructura cristalina y la dinámica de red de los sólidos; en el segundo periodo, los alumnos realizarán prácticas sobre las propiedades de transporte electrónico y ópticas de los sólidos: CT1, CT2, CT3, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT10, CT11, CT12, CE1, CE2, CE3, CE4, CE6, CE7, CE8

Tutorías grupales: Realizadas en grupos reducidos y dedicadas a la resolución de problemas planteados en las Hojas de problemas entregadas previamente. Este tipo de actividad es muy útil para el alumno, ya que le ayuda a llevar la asignatura al día y le permite discernir el grado de asimilación de los contenidos impartidos en la asignatura. Las competencias asociadas que se desarrollarán con esta actividad formativa son: CT1, CT3, CT6, CT8, CE1, CE2, CE3, CE5

El desarrollo temporal de las actividades formativas será homogéneo a lo largo del curso, ocupando aproximadamente 4 horas por semana en la planificación de cada alumno. Además, las sesiones de tutoría grupal tendrán lugar aproximadamente una vez cada mes. El volumen de trabajo promedio (medido en horas del estudiante) que se estima que será necesario para alcanzar los objetivos propuestos se recoge en las siguientes tablas:

Volumen de trabajo para el estudiante:

MODALIDADES

Horas

%

Totales

Presencial

Clases Expositivas y Sesiones de Evaluación

77 y 8

28%

40%

Prácticas de Aula/ Seminarios

13

4.66%

Prácticas de Laboratorio

14

4.67%

Tutorías grupales

8

2.67%

No presencial

Estudio de la teoría

60

20%

60%

Resolución de problemas

120

40%

Total

300

Plan de Trabajo Orientativo

Temas

Horas totales

(presenciales + no presenciales)

- Tema 1. Estructura cristalina. Difracción (rayos x, electrones, neutrones y atomos)

50

- Tema 2. Enlace Químico.

35

- Tema 3. Dinámica de red. Propiedades térmicas.

45

- Tema 4. Defectos.

20

- Tema 5.  Modelo de electrones clasicos.

Modelo de Drude

25

-Tema 6. Modelo de electrones cuánticos libres.

Modelo de Sommerfeld.

20

-Tema 7. Modelo de la cadena Tight-Binding

35

- Tema 8. Modelo Tight-Binding

10

- Tema 9. Magnetismo

45

- Tema 10. Semiconductores y supercoductores 15
  
  
TOTAL300

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir actividades de docencia no presencial, en cuyo caso se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

 Convocatoria ordinaria (Evaluación por Parciales)

Los alumnos pueden aprobar la asignatura mediante la evaluación por parciales en la convocatoria ordinaria. Para ello deben obtener una puntuación igual o superior a 50 sobre 100, de acuerdo con los baremos explicados a continuación.

  • Prueba escrita teórica y práctica: Se realizará una sesión de evaluación escrita al final de cada cuatrimestre de docencia. Esta sesión consistirá en una prueba de resolución de ejercicios de carácter similar a los tratados a lo largo del curso. La nota obtenida en esta prueba tendrá un peso del 70% de la calificación total de cada cuatrimestre y, por tanto, un 70% de la calificación final. Para poder optar a aprobar la evaluación por parciales será necesario obtener una calificación mínima de 4,0 sobre 10 en la prueba escrita de cada cuatrimestre.
  • Prácticas de Laboratorio. La realización íntegra de las prácticas de laboratorio es un requisito obligatorio para poder aprobar la asignatura, y tendrá un peso del 10%..
  • Resolución de ejercicios y participación activa: En las sesiones de tutorías grupales los alumnos abordarán la resolución de problemas de forma oral o escrita individualmente o en pequeños grupos, que entregarán al final de la sesión al profesor para su corrección. La calificación de los mismos supondrá un 20% del total de la asignatura.

Criterios de Evaluación – Convocatoria Ordinaria

Aspectos

%

Competencias

Prueba escrita teórica y práctica

70%

CT1, CT2, CT3, CT6, CT8, CE1, CE2, CE3, CE5

Prácticas de Laboratorio

10%

CT1, CT2, CT3, CT6, CT8, CE1, CE2, CE3, CE5

Resolución de ejercicios y participación activa

20%

CT1, CT2, CT3, CT7, CT8, CE1, CE2

 Convocatoria ordinaria (Evaluación Final)

Los alumnos que no hayan aprobado la convocatoria ordinaria en la evaluación por parciales pueden aprobar la asignatura en la convocatoria ordinaria en la evaluación final. Para ello deben obtener una puntuación igual o superior a 50 sobre 100, de acuerdo con los baremos explicados a continuación.

  • Prueba escrita: Se realizará una sesión de evaluación escrita. Esta sesión consistirá en una prueba de resolución de ejercicios de carácter similar a los tratados a lo largo de los dos cuatrimestres, y en la que los alumnos deberán aplicar los contenidos abordados en los distintos temas de la asignatura. La nota obtenida en esta prueba tendrá un peso del 70% en la calificación final. No se considerará ninguna de las dos notas obtenidas en las pruebas escritas de la evaluación por parciales. Los alumnos que hayan aprobado toda la asignatura en la Evaluación por parciales pueden presentarse a mejorar la calificación de la prueba escrita si lo desean. La presentación al examen implica la renuncia a las notas obtenidas en las dos pruebas escritas de la evaluación por parciales.
  • Prácticas de Laboratorio: La realización íntegra de las prácticas de laboratorio es un requisito obligatorio para poder aprobar la asignatura, y tendrá un peso del 10%.
  • Resolución de ejercicios  y participación activa: En las sesiones de tutorías grupales los alumnos abordarán la resolución de problemas de forma oral o escrita individualmente o en pequeños grupos, que entregarán al final de la sesión al profesor para su corrección. La calificación de los mismos supondrá un 20% del total de la asignatura.

Criterios de Evaluación – Convocatoria Ordinaria

Aspectos

%

Competencias

Prueba escrita

70%

CT1, CT2, CT3, CT6, CT8, CE1, CE2, CE3, CE5

Prácticas de Laboratorio

10%

CT1, CT2, CT3, CT6, CT8, CE1, CE2, CE3, CE5

Resolución de ejercicios y participación activa

20%

CT1, CT2, CT3, CT7, CT8, CE1, CE2

 Convocatorias extraordinarias

Los alumnos que no hayan aprobado la convocatoria ordinaria pueden aprobar la asignatura en una de las convocatorias extraordinarias. Para ello deben obtener una puntuación igual o superior a 50 sobre 100, de acuerdo con los baremos explicados a continuación.

  • Prueba escrita teórica y práctica: Se realizará una sesión de evaluación escrita. Esta sesión consistirá en una prueba de resolución de ejercicios de carácter similar a los tratados a lo largo del curso, y en la que los alumnos deberán aplicar los contenidos abordados en los distintos temas de la asignatura. La nota obtenida en esta prueba tendrá un peso del 70% en la calificación final.
  • Actividades de evaluación continua: Para la convocatoria adelantada de enero, se podrá habilitar un procedimiento para evaluar el 30% correspondiente a las pruebas de calificación que no son la prueba teórico-práctica.

Criterios de Evaluación – Convocatorias Extraordinarias

Aspectos

%

Competencias

Prueba escrita

70%

CT1, CT2, CT3, CT6, CT8, CE1, CE2, CE3, CE5

Actividades de evaluación continua de la convocatoria ordinaria

30%

CT1, CT2, CT3, CT7, CT8, CE1, CE2

 Material que se permite llevar a las pruebas escritas
Se permitirá asistir a las pruebas escritas con una hoja de fórmulas. La hoja no puede contener problemas resueltos. La hoja se deberá entregar junto con el examen.

 Consideración de Presentado / No presentado en la evaluación de la asignatura                           

Se considerará que todo aquel alumno que acuda y comience cualquiera de las pruebas escritas de la convocatoria ordinaria (evaluación final) y/o convocatoria extraordinaria se ha presentado a la convocatoria.

 Cambios de fecha de pruebas de evaluación y tutorías grupales
Los cambios de fecha de pruebas de evaluación se rigen de acuerdo al artículo 15.1 Reglamento de Evaluación de la Universidad de Oviedo,

“En aquellos casos en que un estudiante acredite documentalmente ante el decano o director del centro que no ha podido asistir a la prueba en el día fijado por haber sufrido un accidente, haber estado hospitalizado, haberse producido el nacimiento o la adopción de un hijo, o haber fallecido un familiar dentro del segundo grado de consanguinidad o primero de afinidad, o cualquier otra circunstancia sobrevenida, se le programará una repetición de la prueba. El alumno deberá acreditar la circunstancia sobrevenida que le ha impedido realizar la prueba de evaluación en un plazo máximo de cinco días tras el cese de dicha situación y, en todo caso, antes de la finalización del curso académico vigente en ese momento.”

Por tanto, cualquier solicitud de cambio de fecha de pruebas de evaluación que pueda ocurrir ha de ser dirigida a la dirección del Centro. Los profesores de la asignatura, de acuerdo con la dirección del Centro, informan que si algún alumno desea solicitar un intercambio de fecha de una tutoría grupal entre dos sesiones del mismo bloque, esta se puede hacer directamente y por correo electrónico al profesor encargado de las tutorías grupales. La decisión que se tome al respecto será colegiada y se regirá de acuerdo al artículo 15.1, que se aplicará con criterios restrictivos. 

 Alumnos Erasmus

Los alumnos Erasmus deberán realizar las prácticas de laboratorio íntegras, o convalidarlas con unas equivalentes. Se les convalidará el número de créditos y contenido equivalente a lo establecido en esta guía. Por tanto, tendrán que superar mediante una prueba escrita los contenidos no convalidados.

Evaluación diferenciada (Reglamento de Evaluación de la Universidad de Oviedo)

“Los estudiantes deberán solicitar la evaluación diferenciada mediante escrito razonado dirigido al decano/director del centro, desde el momento de la matrícula hasta transcurridos, como máximo, cinco días desde el inicio del curso. La solicitud se acompañará de todos los documentos que acrediten la imposibilidad de seguir con normalidad el desarrollo del curso. La comisión de gobierno del centro, u órgano en que delegue, previo informe del coordinador de la asignatura, resolverá en el plazo máximo de veinte días, estableciendo el mecanismo de evaluación específico para cada alumno y cada asignatura. “

Necesidades especiales

Los alumnos con necesidades especiales son responsables de solicitar el apoyo de la ONEO. Los profesores de la asignatura han de ser informados por la ONEO de esas necesidades. Los profesores aplicarán las medidas indicadas por la ONEO para apoyar a esos estudiantes.

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir métodos de evaluación no presencial, en cuyo caso se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

Bibliografía Básica

      1. S. H. Simon, The Oxford Solid State Basics, Oxford University Press, 2013.

      2.  Ashcroft y Mermin, Solid State Physics, Ed. Saunders College, 1976.

      3  C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, Ed. John Wiley, 1996.

      4  Ibach y Luth, Solid State Physics, Springer Verlag, 2009

      5  M. P. Marder, Condensed Matter Physics, John Wiley&sons, Inc. 2000

Bibliografía Complementaria

  1. J. C. Patterson, Solid-State Physics, Springer 2007.
  2. M. T. Dove, Structure and Dynamics, Oxford University Press, 2003
  3. R. E. Newnham, Properties of Materials, Oxford University Press, 2008 
  4. J. Singleton, Band Theory and Electronic Properties of Solids, Oxford University Press, 2008
  5. A. Aharony, O. Entin-Wohlman, Introduction to Solid State Physics, World Scientific, 2019