Algemeen: Beargumenteer je antwoorden. Vermeld zowel de gebruikte basisformules als de tussenstappen in de afleiding.

Vergelijkbare documenten
Opgave 1 Vervormd vierkant kristal en elektronische structuur (totaal 24 punten)

-- III De variatiemethode berust voor de grondtoestand op het volgende theorema:

3 Elektronische structuur van materialen

Antwoorden Tentamen Fysica van de Vaste Stof woensdag 2 maart 2011, uur

Notities College Gecondensegerde Materie Elektronen in kristallen III: Energie-banden en gaps

Computationele studie van vaste stoffen. oefeningen practica verslag. Student: Niels Verellen

Tentamen Quantum Mechanica 2

Overzicht Nascholing Module Quantumwereld. Peter Christianen HFML Nijmegen

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB januari 2013, uur

TENTAMEN. Van Quantum tot Materie

-- V HOOFDSTUK V STORINGSREKENING

Tentamen Inleiding Quantumchemie (MST1171)

Tentamen Quantum Mechanica 2

-- IX (q)e - ie 2 t/h

QUANTUM FYSICA 1 3NB50. donderdag 28 oktober uur. Dit tentamen omvat 2 opgaven.

Hertentamen Statistische en Thermische Fysica II Woensdag 14 februari 2007 Duur: 3 uur

Vraag 1: Ne-He en Ne-He +

Geleid herontdekken van de golffunctie

Faculteit Biomedische Technologie. 9 april 2018, 18:00-21:00 uur

Tentamen Chemische Binding NWI-MOL056 Prof. dr. ir. Gerrit C. Groenenboom, HG00.304/065, 17:30-20:30/21:30, 6 feb 2014

ANTWOORDEN EN UITWERKINGEN TENTAMEN QUANTUMMECHANICA 2 VAN 8 JUNI e +" 1 = 1. e (" )=(k BT )

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB augustus 2011, uur

Tentamen Elektromagnetisme (NS-103B)

Tentamen QCB juni 2007, 9:00-12:00 uur, A. van der Avoird

Tentamen QCB 3. 7 juli 2006, 9:00-12:00 uur, A. van der Avoird

Tentamen Elektromagnetisme 1 (NS-103B)

Uitwerkingen van het Tentamen Moleculaire Simulaties - 8C Januari uur

Tentamen Quantum Mechanica 2

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

Meetkundige berekeningen

NATIONALE NATUURKUNDE OLYMPIADE. Eindronde practicumtoets A. 5 juni beschikbare tijd: 2 uur (per toets A of B)

NATUURKUNDE KLAS 5. PROEFWERK H8 JUNI 2010 Gebruik eigen rekenmachine en BINAS toegestaan. Totaal 29 p

Tentamen TCl l8 januari 2008' 9-12uur, zaal Cl (Gorlaeus).

Theory Dutch (Netherlands) Lees eerst de algemene instructies uit de aparte enveloppe voordat je begint met deze opgave.

Samenvatting. Samenvatting

Tentamen QCB juli 2005, 9:00-12:00 uur, A. van der Avoird

Eindtoets 3BTX1: Thermische Fysica. Datum: 3 juli 2014 Tijd: uur Locatie: paviljoen study hub 2 vak c & d

TENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB65 en Statistische Fysica 3CC augustus 2010,

Schriftelijk examen 2e Ba Biologie Fysica: elektromagnetisme

Tentamen. Kwantumchemie & Fysica (4051QCHFY-1314FWN) Datum: 10 April Tijd/tijdsduur: 3 uur

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

Tentamen Inleiding Meten en Modelleren Vakcode 8C120 7 april 2010, uur. Het gebruik van een (grafische) rekenmachine is toegestaan.

Tentamen QCB augustus 2006, 14:00-17:00 uur, A. van der Avoird

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2014 theorietoets deel 1

ANTWOORDEN TENTAMEN. Van Quantum tot Materie

De comfortabele auto

Tentamen Systeemanalyse (113117)

Tentamen Natuurkunde 1A uur uur vrijdag 14 januari 2011 docent drs.j.b. Vrijdaghs

Tentamen Opgaven met Uitwerkingen (deel Vaste Stof ) Halfgeleiders en Versterkerschakelingen (ET1310)

Theory DutchBE (Belgium) De grote hadronen botsingsmachine (LHC) (10 punten)

Verstrooiing aan potentialen

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB65. 5 juli 2013, uur

Tentamen Numerieke Wiskunde (WISB251)

Opgaven bij het college Kwantummechanica 3 Week 9

Tentamen optimaal sturen , uur. 4 vraagstukken

Tentamen QCB augustus 2005, 14:00-17:00 uur, A. van der Avoird

Tentamen Inleiding Meten Vakcode 8E april 2009, uur

HERTENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Oplossen van lineaire differentiaalvergelijkingen met behulp van de methode van Leibniz-MacLaurin

Toegepaste Quantumchemie NWI-MOL106 Prof. G. C. Groenenboom en Prof. F. M. Bickelhaupt, HG00.068/HG00.310, 8:30-11:30/12:30, 28 okt 2015

Hertentamen Elektromagnetisme: Theorie (NS-107B)

Toegepaste wiskunde. voor het hoger beroepsonderwijs. Deel 2 Derde, herziene druk. Uitwerking herhalingsopgaven hoofdstuk 5 augustus 2009

Herkansing Toets T1 en T2 AAC. 08 november 2013

Gecondenseerde Materie, uitwerkingen werkcollege 1, kristallen, diffractie en reciproke rooster

TENTAMEN. Thermodynamica en Statistische Fysica (TN )

Toets 01 Algemene en Anorganische Chemie. 30 september 2015

Quantum Chemie II 2e/3e jaar

Tentamen Statistische Thermodynamica MST 19/6/2014

Systeemtheorie en Regeltechniek

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 16 januari 2006 van 14:00 17:00 uur

VISUALISATIE VAN KROMMEN EN OPPERVLAKKEN. 1. Inleiding

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 21 januari 2005 van 14:00 17:00 uur

Juli blauw Fysica Vraag 1

Oefeningenexamen Fysica 2 1ste zit

TUDelft Delft University of Technology

Faculteit Biomedische Technologie. 28 januari 2016, 18:00-21:00 uur

TENTAMEN DYNAMICA (140302) 29 januari 2010, 9:00-12:30

Toets T1 Algemene en Anorganische Chemie. 01 oktober 2014

woensdag 6 augustus 2008, u Code: 8W020, BMT 1.3 Faculteit Biomedische Technologie Technische Universiteit Eindhoven

10 Materie en warmte. Onderwerpen. 3.2 Temperatuur en warmte.

7. Hamiltoniaanse systemen

Berekenen van dynamisch evenwicht

Voorbeeld Tentamen Quantumchemie II

IJkingstoets Wiskunde-Informatica-Fysica 29 juni Nummer vragenreeks: 1

Juli geel Fysica Vraag 1

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 2: September 29, 2016

Toets 1 IEEE, Modules 1 en 2, Versie 1

Toets T1 Algemene en Anorganische Chemie. 02 oktober 2013

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 16 november 2004 van 14:00 17:00 uur

NATUURLIJKE, GEHELE EN RATIONALE GETALLEN

Elementaire Deeltjesfysica

Vak: Elektromagnetisme ELK Docent: ir. P.den Ouden nov 2005

INTRODUCTIE VERPLAATSINGENMETHODE

FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE Afdeling Kwantitatieve Economie

TENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

HOOFDSTUK 1: Fysische grondslagen van de elektrotechniek

Auteur: Bart Goris Promotor: Dr. Sandra Van Aert

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

Introductie Coach-modelleren

Transcriptie:

3NC0 Gecondenseerde materie 0 Tentamen, april 0 lgemeen: eargumenteer e antwoorden Vermeld zowel de gebruite basisformules als de tussenstappen in de afleiding Mogeli te gebruien formules: De Fermi-Dirac verdelingssfunctie: f ( E) exp[( ) / ] De ose-einstein verdelingsfunctie: n( E) exp[ / ] eoordeling: Maximaal 80 punten = P Eindcifer = P / 8 Opgave (totaal 5 punten) We beschouwen een twee-dimensionaal (D) vierant rooster met één atoom per eenheidscel en roosterparameter a, zie figuur (a) Onder invloed van een externe verstoring wordt het rooster vervormd zoals weergeven in figuur (b) a) Maa een schets van het vervormde ristal (b) met daarin duideli aangegeven de roostervectoren van het primitieve rooster en de bibehorende eenheidscel Geef een vectoruitdruing voor de roostervectoren en geef het aantal atomen in de eenheidscel [3 punten]

b) Construeer het reciproe rooster (behorende bi figuur (b)) Geef een vectoruitdruing voor de reciproe roostervectoren b en b, en teen ze in een schets van het reciproe rooster [5 punten] c) Construeer en schets de eerste rillouinzone (behorende bi figuur (b)) [3 punten] Vervolgens beschouwen we weer het onvervormde ristal (figuur (a)) We gaan nu de eletronische bandenstructuur voor dit onvervormde, vierante ristal uitreenen met behulp van de tight-binding benadering Daartoe wordt één s-orbitaal per atoom meegenomen in de bereening De atomaire golffunctie wordt genoteerd als s ( r r ) voor atoom op positie r De Hamiltoniaan H wordt beschreven door de matrixelementen 0 s H s en t s H s ', waarbi en indices van buuratomen zin Het ristal bevat N atomen Let op, het matrixelement t is negatief d) Geef een algemene uitdruing voor de golffunctie met golfgetal, (r ), binnen de tight-binding benadering in termen van, de atomaire golffuncties ( r r ) en N Zorg daarbi voor de uiste normalisatie [ punten] e) Leidt een uitdruing af voor de bandenstructuur binnen de tight-binding benadering Laat voldoende tussenstappen zien in e afleiding [8 punten] Figuur (c) geeft een schets van de atomaire golffunctie ( r r ) voor posities op de aangegeven gestreepte lin als functie van de x-coördinaat De atomaire golffuncties zin reëel f) Schets de golffunctie (zowel de reële en imaginaire amplitude!) behorende bi de eletronische toestand met x / a en 0, voor posities op de gestreepte lin met x tussen 0 en 4a [4 punten] y

Opgave (totaal 30 punten) We beschouwen een één-dimensionaal (D) di-atomair ristal, bestaande uit atomen en met massa resp M en M De afstand tussen buuratomen is a We beschriven longitudinale roostergolven in het ristal door middel van een massa-veer-beschriving met veerconstante f De uitwiing tov de evenwichtspositie van atomen en in eenheidscel wordt beschreven door resp u en v, zie figuur (a) a) Geef de bewegingsvergeliing voor atomen en in eenheidscel [5 punten] De algemene oplossing voor een toestand met golfgetal K, wordt gegeven door ( t) u exp(ika)exp( it) en ( t) vexp(ika)exp( it) u v b) Geef de roostervector van het primitieve rooster en geef de waarde van K op de rand van de eerste rillouinzone [3 punten] c) epaal de hoefrequentie behorende bi de oplossingen van de bewegingsvergeliing op de rand van de eerste rillouinzone [5 punten] d) Schets de fononbandenstructuur voor het geval M op het interval / a K / a Licht e antwoord toe [3 punten] e) Schets de fononbandenstructuur voor het algemene geval M M en voor het geval M M in één en dezelfde figuur, en wederom op het interval / a K / a Licht e antwoord toe [3 punten] Vervolgens bereenen we de diëletrische respons van de eten onder invloed van een homogeen eletrisch veld De atomaire polarizabiliteit van atomen en wordt gegeven door resp en Voor het geïnduceerde atomaire dipoolmoment p van een geïsoleerd atoom in een eletrisch veld E geldt p E De atomaire dipoolmomenten worden beschouwd als een punt-dipool, waarvoor het veld beschreven wordt door de beende 3( p r ) r r p formule E( r ), voor het veld op positie r gemeten tov de positie van 5 4 0r de dipool We leggen een eletrisch veld E ext aan loodrecht op de as van het D ristal We verwaarlozen de invloed van dipoolvelden op afstanden r a, dwz, alleen nabuurinteracties worden in beschouwing genomen f) epaal de geïnduceerde dipoolmomenten p en p, behorende bi atoom en, resp, uitgedrut in (oa), en a [5 punten] 3

De lineaire eten blit zich te gedragen als een halfgeleider De eletronische bandenstructuur van de valentieband wordt gegeven door ( ) V cos(a) en de bandenstructuur van de geleidingsband door ( ) U W cos(a), waarin U, V en W positieve constanten met dimensie energie, en met V W en U W g) Schets de energiebanden en leid een uitdruing af voor de effectieve massa van de eletronen aan de onderant van de geleidingsband en gaten aan de bovenant van de valentieband, uitgedrut in gegeven parameters en natuurconstanten [3 punten] Het optische absorptiespectrum van de D halfgeleider staat schematisch weergegeven in de bovenstaande figuur (b) h) Verlaar het absorptiespectrum Geef daarbi de waarde van en, uitgedrut in gegeven parameters en natuurconstanten [3 punten] Opgave 3 (totaal 5 punten) We beschouwen een twee-dimensionaal metallisch systeem met macroscopische afmeting L L Het metaal heeft een vierant rooster met atoom per eenheidscel en roosterparameter a De (volledig gevulde) valentie band en (deels gevulde) geleidingsband worden beschreven met een (D) vrie eletronen model De effectieve massa in zowel de valentieband als in de geleidingsband is m 0 De bandgap tussen valentie- en geleidingsband is E g, waarvoor geldt dat E g van de orde van enele ev s is De Fermi-energie wordt gegeven door E F,0, gemeten tov de onderant van de geleidingsband a) ereen de toestandsdichtheid in de reciproe ruimte, g(), dwz het aantal toestanden per oppervlate-eenheid in de reciproe ruimte Ga hierbi uit van periodiee randvoorwaarden [3 punten] b) ereen de eletronendichtheid n (dwz aantal eletronen per oppervlateeenheid) in de geleidingsband, uitgedrut in gegeven parameters en natuurconstanten [4 punten] c) ereen de toestandsdichtheid als functie van energie D(E) in de geleidingsband [4 punten] 4

Vervolgens beschouwen we de eletronische warmtecapaciteit van dit metaal Daartoe benaderen we de Fermi-Dirac functie door: f ( E) als E E F, f ( E) / als EF E EF, en f ( E) 0 als E E F We nemen aan dat E T F, 0 d) eredeneer waarom de eletronen in de valentieband bi amertemperatuur niet bidragen aan de warmtecapaciteit [ punten] e) Leid op basis van de benadering voor f(e) een uitdruing af voor de eletronische warmtecapaciteit van dit metallische systeem, uitgedrut in oa T en E F,0 (Hint: bereen eerst de totale energie U 0 ) [7 punten] Tenslotte zoeen we een relatie tussen de eletronische warmtegeleiding en eletrische ne geleiding van dit metaal De eletrische geleidbaarheid wordt gegeven door:, m waarin de beteenis van de parameters als beend wordt verondersteld De parameter mag in het vervolg van de opgave als beende constante worden verondersteld Voor de warmtegeleidingscoëfficiënt maen we gebrui van de analogie met fononen, waarvoor de warmtegeleidingscoëfficiënt wordt gegeven door: K Cvv (voor een D systeem) f) Leid een uitdruing af voor het eletronische deel van de thermische geleidbaarheid van dit metaal, uitgedrut in gegeven parameters en natuurconstanten [3 punten] Het beroemde resultaat van Wiedermann en Franz an worden geschreven als: K el / LT, waarin L het zogenaamde Lorentzgetal g) Vind binnen de in dit vraagstu gehanteerde benaderingen een uitdruing voor het Lorentzgetal [ punten] EINDE TENTMEN 5