Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Természettudományi Kar		 Tantárgy Adatlap
Tantárgy kód BMETEFTBsPNKJS-00
Tantárgy azonosító adatok
1. A tárgy címe Nano és kvantum jelenségek szilárdtestekben
2. A tárgy angol címe Nano and Quantum Phenomena in Solids
3. Heti óraszámok (ea + gy + lab) és a félévvégi követelmény típusa 2 + 0 + 0 v Kredit 3
4. Ajánlott/kötelező előtanulmányi rend
vagy Tantárgy kód 1 Rövid cím 1 Tantárgy kód 2 Rövid cím 2 Tantárgy kód 3 Rövid cím 3
4.1 BMETE11AP61 Szilárdtestfizika
4.2 BMETE11AF05 Szilárdtestfizika alapjai
4.3
5. Kizáró tantárgyak
Alkalmazott szilárdtestfizika
6. A tantárgy felelős tanszéke Fizika Tanszék
7. A tantárgy felelős oktatója Dr. Csonka Szabolcs beosztása egyetemi docens
Akkreditációs adatok
8. Akkreditációra benyújtás időpontja 2025.12.01. Akkreditációs bizottság döntési időpontja 2026.01.09.
Tematika
9. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít
Solid-state physics
10. A tantárgy szerepe a képzés céljának megvalósításában (szak, kötelező, kötelezően választható, szabadon választható)
TTK Fizikus-mérnöki BSc képzés Nanotechnológia és Kvantumalkalmazások specializáció kötelezően választható tárgya
11. A tárgy részletes tematikája

Félvezető fizika és eszközök: sávszerkezet, adalékolás, félvezetők statisztikus fizikája, sávszerkezet tervezés, kétdimenziós elektrongázok (2DEG), MOSFET, LED, napelem.
Kvantumpöttyök: a töltéskvantálás és a térbeli bezártság hatása, mesterséges atomok és molekulák, a spinalapú kvantumbitek (spin qubit) alapjai.
Elektrontranszport nanovezetékben: jellegzetes hosszskálák, kvantumvezeték vezetőképessége, Landauer-képlet, vezetőképesség-kvantálás. Koherens és inkoherens transzport.
Termoelektromos jelenségek nanovezetékben: Seebeck- és Peltier-effektus, hővezetés és a Wiedemann–Franz-törvény.
A Boltzmann-egyenlet: nemegyensúlyi eloszlásfüggvény, a Boltzmann-egyenlet relaxációs idő közelítésben, az egyenlet megoldása véges hőmérsékleti gradiens vagy elektromos tér esetén. A vezetőképesség kiszámítása izotróp rendszerben. Termoelektromos jelenségek. A fémek ellenállásának hőmérsékletfüggése.
Mágnesesség: az atomi mágneses momentumok eredete – Hund-szabályok; miért rendeződnek a mágneses momentumok? A hullámfüggvény szimmetriája, kicserélődési energia. Egyszerű mágneses modellek: Heisenberg-modell, Ising-modell. Mágneses rendezettségek: ferromágnes, antiferromágnes, ferrimágnes. A ferromágnesek átlagos tér-elmélete (mean field theory), Weiss-tér, Curie-pont.
Szupravezetés: a szupravezetők fenomenológiája. Makroszkopikus hullámfüggvény és a Meissner-effektus. Josephson-átmenet, makroszkopikus kvantum-alagúteffektus, SQUID, szupravezető kvantumáramkörök.

 

Semiconductor physics and devices: band structure, doping, statistical mechanics of semiconductors, band structure engineering, 2DEGs, Mosfet, LED, solar cell.
Quantum dots: effect of charge quantization and confinement, artificial atoms and molecules, concept of spin qubits
Electron transport in nanowires: Characteristic length-scales, conductance of a quantum wire, Landauer formula, conductance quantization. Coherent and incoherent transport.
Thermoelectric phenomena in nanowires: Seebeck and Peltier effect, heat conduction and Wiedemann-Franz law
The Boltzmann equation: non-equilibrium distribution function, the Boltzmann equation in the relaxation time approximation, solution of the Boltzmann equation in finite tamperature gradient or in finite electric field. Calculation of the conductance in an isotropic system. Thermoelectric phenomena. Temperature dependence of the resistance in metals.
Magnetism: origin of atomic magnetic moments: Hund's rules, why do magnetic moments align? Symmetry of the wavefunction, exchange energy. Simple models of magnetism: Heisenberg model, Ising model. Magnetic orders: ferromagnets, antiferromagnets, ferrimagnets. The mean field theory of ferromagnets, Weiss-field, Curie-point.
Superconductivity: Phenomenology of superconductors. Macroscopic wave function and the Meissner effect. Josephson-junction, macroscopic quantum tunneling, SQUID, superconducting quantum circuits.
12. Követelmények, az osztályzat (aláírás) kialakításának módja
szorgalmi
időszakban		 Preread lecture notes, presence due to peer instruction vizsga-
időszakban		 Szóbeli vizsga
13. Pótlási lehetőségek
14. Konzultációs lehetőségek
15. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
16. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka mennyisége órákban (a teljes szemeszterre számítva)
16.1 Kontakt óra
28
16.2 Félévközi felkészülés órákra
28
16.3 Felkészülés zárthelyire
0
16.4 Zárthelyik megírása
0
16.5 Házi feladat elkészítése
10
16.6 Kijelölt írásos tananyag elsajátítása (beszámoló)
0
16.7 Egyéb elfoglaltság
0
16.8 Vizsgafelkészülés
24
16.9 Összesen
90
17. Ellenőrző adat Kredit * 30
90
A tárgy tematikáját kidolgozta
18. Név beosztás Munkahely (tanszék, kutatóintézet, stb.)
Dr. Csonka Szabolcs
egyetemi docens
Fizika Tanszék
Dr. Tóvári Endre
tudományos munkatárs
Fizika Tanszék
Dr. Halbritter András
egyetemi tanár
Fizika Tanszék
A tanszékvezető
19. Neve aláírása
Dr. Csonka Szabolcs