Propiedades electrónicas de materiales

DATOS GENERALES:

Descripción:	En física, el estudio y caracterización de las propiedades optoelectrónicas de materiales es de suma importancia. Para materiales cristalinos, este estudio lo constituye principalmente el determinar las propiedades electrónicas y ópticas de estos. Las propiedades electrónicas, estructura de bandas y densidad de estados electrónicos, son una propiedad de los materiales que permite determinar características como la conductividad óptica, la función dieléctrica ó todas las funciones respuesta a través de las relaciones de Kramers-Kronig.
Seriación y Correlación:	Subsecuentes: Mecánica Cuántica I.
	Consecuentes: N/A.
Objetivo:	El objetivo de esta unidad didáctica optativa es presentar y discutir, en general, los diferentes métodos que existen para resolver la ecuación de Schrödinger para materiales. Analizaremos las propiedades electrónicas de algunos sistemas característicos, como son los aislantes, semiconductores y conductores.
Objetivos específicos:	Introducir los métodos convencionales para para determinar la estructura electrónica de los materiales, entre los que están los métodos semi-empíricos y de primeros principios.   Describir las aproximaciones involucradas en los cálculos ab initio o de primeros principios, que fundamentan los cálculos en la teoría del funcional de la densidad.   Presentar los teoremas de Hohenberg y Kohn y las ecuaciones de Kohn-Sham, además de usar códigos gratuitos para determinar la estructura de bandas, densidad de estados y parte imaginaria de la función dieléctrica, así como algunas propiedades ópticas básicas de materiales.
Horas totales del curso:	(90) horas presenciales + (30) horas de autoestudio=120 horas totales
Créditos:	8 créditos

REVISIONES Y ACTUALIZACIONES:

Líneas de investigación:	Materia Condensada y Nanotecnología. Estado Sólido
Autores o Revisores:	Dr. Juan Carlos Martínez Orozco. Dr. Jorge Alberto Vargas Téllez
Fecha de actualización	15 de noviembre de 2023
Sinopsis de la revisión y/o actualización:	Esta revisión es debida al proceso de reacreditación CAPEF, de una materia que se imparte en la licenciatura en física de la Universidad Autónoma de Zacatecas.

PERFIL DESEABLE DEL DOCENTE:

Disciplina profesional:	Doctorado en Ciencias
Experiencia docente:	Experiencia profesional en investigación en temas relacionados a la asignatura y docencia mínima de un año.

ÍNDICE TEMÁTICO:

TEMA:	SUBTEMA
Repaso de bases de la mecánica Cuántica	La función de onda y su significado físico.La ecuación de Schrödinger.Postulados de la mecánica cuántica.El átomo de hidrogenoEl espín del electrón
Métodos para determinar la estructura electrónica.	Métodos semiempiricos. Teoría de enlace fuerte (Tight-Binding). Tight -Binding ortogonal y no ortogonal. Formalismo de Slater-Koster. Sistemas cristalinos más complejos.
Cálculos ab initio o de primeros principios.	FundamentosAproximación de Born-Oppenheimer. El principio variacionalLa aproximación de HartreeLa aproximación de Hartree-Fock.
Teoría del funcional de la densidad	Los teoremas de Hohenberg y Kohn.Las ecuaciones de Kohn-ShamFuncionales de correlación e intercambioLa teoría del funcional de la densidad.Dinámica molecular de primeros principios.
Aproximaciones y códigos.	PseudopotencialesFunciones base.Códigos usados comúnmente (Siesta, Quantum espresso, WIEN2k)
Cálculo de propiedades optoelectrónicas básicas.	Relajación de estructuras y pruebas de convergencia.Cálculo de bandas de energía (Números de onda y zonas de Brillouin).Densidad de estados y densidad de estados proyectados.Cálculo de propiedades ópticas a través de las relaciones de Kramers-Kronig.

BIBLIOGRAFIA

Principal:	Richard. M. Martin. Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods. Second Edition (2020). Cambridge University Press. Peter Atkins and Ronald Friedman. Molecular Quantum Mechanics. Fifth edition (2011). Oxford University Press.  Walter A. Harrison. Elementary Electronic Structure. Revised Edition (2004). World Scientific Publishing Company.
Enlaces digitales:	N/A
Complementaria:	Takeuchi, Noboru y Aldo Humberto Romero. Simulaciones computacionales de materiales y nanoestructuras. Fondo de cultura económica. Ediciones científicas universitarias (2019). Feliciano Giustino. Materials Modelling using Density Functional Theory. (2014). Oxford University Press.

PLANEACIÓN EDUCACIONAL:

Competencias generales:

Capacidad de aprender y actualizarse permanentemente. Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Adquirir hábitos de trabajo necesarios para el desarrollo de la profesión tales como el rigor científico, el autoaprendizaje y la persistencia.

Competencias específicas:

Plantear, analizar, y resolver problemas físicos teóricos mediante la utilización de métodos numéricos y analíticos. Demostrar una compresión profunda de los conceptos básicos de la física moderna y de heteroestructuras. Identificar las leyes de las físicas involucradas en los problemas del confinamiento cuántico.Utilizar o elaborar programas o sistemas de computación para el procesamiento de información, cálculo numérico y simulación de procesos físicos. Describir y explicar fenómenos naturales y procesos tecnológicos en términos de conceptos, teorías y principios físicos. Demostrar disposición para enfrentar nuevos problemas en otros campos, utilizando sus habilidades específicas. Buscar, interpretar y utilizar literatura científica. Aplicar el conocimiento teórico de la física a la realización e interpretación de resultados numéricos.

CONTRIBUCIÓN AL PERFIL DE EGRESO:

CONOCIMIENTO:	HABILIDADES:	VALORES:
El estudiante tendrá un conocimiento teórico básico, pero sólido, del concepto de sistemas cuánticos nanoestructurados. Sabrá como plantear y resolver el problema de pozos cuánticos en presencia de campos eléctricos y magnéticos.	El estudiante obtendría la habilidad de plantear y resolver, de manera numérica y analítica, el problema de heteroestructuras cuánticas simples, generando graficas de calidad y reportes científicos.	Se inculca el valor del trabajo individual y colectivo para resolver problemas científicos. Respetando siempre el rigor científico, al validar lo resultado y respetar las fuentes y resultados previos.

ESTRATEGIAS PEDAGÓGICAS:

Estrategias de enseñanza:	Estrategias de aprendizaje:
El docente explicará la teoría y presentará ejemplos en las clases presenciales.   El docente presentara los procedimientos y métodos teóricos y numéricos para resolver lo problemas.   Se plantearán proyectos, que incluyan la revisión bibliográfica y desarrollo de simulaciones, así como correcta presentación y discusión.	El estudiante trabajará en forma individual o por equipo en la comprensión de conceptos y la resolución de problemas.   El estudiante resolvería problemas análogos a los planteados en clase para reforzar los conocimientos adquiridos.   El estudiante contestará, con el acompañamiento del docente, hará un informe científico con calidad de publicación.

PROPUESTA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN:

Criterio de evaluación:	Porcentaje:
Exámenes parciales Tareas Exposiciones Participación en clase Asistencia Proyecto	20 % 20 % N/A N/A N/A 60 %

Descarga hoja de materia: Propiedades electrónicas de materiales