Este documento resume los principales conceptos de la física del estado sólido, incluyendo los tipos de enlaces entre átomos, las redes de Bravais, y la ley de Bragg sobre la difracción de rayos X en materiales. También describe brevemente la invención histórica del transistor y sus inventores John Bardeen, William Schockley y Walter Brattain.

1. Resumen de Física III
Docente: Rafael Guzmán
Guía Estado Solido
29 de nov. de 2017
Pág. 1
FISICA DEL ESTADO SÓLIDO
Realizado por: Leverson Beltrán
Estudiante de Ing. Electrónica
U.E.B.
La física del estado sólido es la rama de la Física que estudia además de la materia
condensada, el comportamiento de los sólidos, es decir, la materia rígida o semirrígida. Estudia las
propiedades físicas de los materiales sólidos, utilizando disciplinas tales como la mecánica cuántica,
la cristalografía, el electromagnetismo y la metalurgia física. Forma la base teórica de la ciencia de
materiales y su desarrollo ha sido fundamental en el campo de las aplicaciones tecnológicas
microelectrónica al posibilitar el desarrollo de transistores y materiales semiconductores [1]
.
Por ende, es importante destacar el aporte del
científico John Bardeen () y su estudio en los
semiconductores, particularmente la
superconductividad. En 1956 asociado con otros
científicos como William Schockley (1910 - 1989)
y Walter Brattain (1902 - 1987) recibieron el
premio nobel por la invención del transistor (figura.
1).
El carácter geométrico regular de los cristales
forman fuerzas atractivas entre las partículas
internas, las cuales son tan fuertes que estas no
pueden desplazarse con libertad. Sin embargo, lejos
de estar inmóviles, cada partícula oscila hacia
un lado y otro continuamente bajo la influencia de
fuerzas elásticas entre partículas vecinas.
En la actualidad, la estructura cristalina más simple es la del NaCl (Cloruro de Sodio), lo que nos
representa una noción del mundo atómico donde la química hace parte importante del
comportamiento de los elementos naturales. Sin embargo, los iones de estos átomos tienen cargas
opuestas lo que genera una atracción electroestática, lo que nos identifica el aporte de la Física de
estado sólido.
La importancia de este comportamiento entre átomos y su empatía electroestática se le llama enlace.
Existen varios tipos de enlaces entre átomos como:
Figura 1. Primer transistor creado con materiales
semiconductores de germanio. Tomado de
http://www.forosdeelectronica.com/f37/primer-
transistor-13675/

2. Estados cristalinos de la materia
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Las redes de Bravais son grupos cristalinos que se forman a partir de la unión de estructuras
policristalinas organizadas en pequeños grupos de átomos, de tal modo que puedan mantener
condiciones de temperatura y de presión altas.
Existen 14 redes de Bravais que se caracterizan según sus parámetros y según los elementos de
simetría.
El incide de Miller habla sobre la difracción de los rayos X en estos materiales (materia de estado
sólido), las distancias entre los planos se distinguen por series de tres números indicadas por u ángulo
determinado, a estos ángulos se les conoce como índice de Miller.
Figura 2. Enlace iónico Figura 3. Enlace covalente Figura 4. Enlace metálico
Figura 5. Sistemas cristalinos donde existen redes de Bravais.
Tomado de https://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_metálico

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La interferencia es constructiva cuando la diferencia de fase entre la radiación emitida por diferentes
átomos es proporcional a 2π. Esta condición se expresa en la ley de Bragg:
Donde:
n: es un número entero,
λ: es la longitud de onda de los rayos X,
d: es la distancia entre los planos de la red cristalina y,
θ: es el ángulo entre los rayos incidentes y los planos de dispersión.
Figura 6. Planos cristalográficos. Tomado de
http://www.wikiwand.com/planos_cristalinos_planos_de_Miller
Figura 7. Cambio de ángulo de desviación (2θ), y el cambio de fase de las
ondas produce interferencia constructiva o destructiva. Tomado de
https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Bragg

4. Estados cristalinos de la materia
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En los metales los electrones de valencia tienden a perder fácilmente los electrones menos ligados
al núcleo. Sobre esta base y la evidencia experimental, el metal es uno de los materiales donde los
portadores de la corriente están más libres de moverse. Si le aplicamos un potencial finito al borde
del metal, los electrones tenderán a agruparse en el lado atractivo de la placa creando un flujo de
corriente y este a su vez un campo magnético a su alrededor.
Por otro lado, el metal tiene un comportamiento diferente a temperaturas ambientes, donde los
electrones se encuentran a un potencial muy elevado en las superficies, donde están expuestos a no
abandonar el metal.
Existen funciones de onda las cuales definen al electrón libre dentro de un metal. La ecuación de
Schrödinger se escribe como:
Antes de concluir, los electrones dentro de un metal están en libertad de moverse en el interior
cristalino. Sin embargo, una descripción más realista del medio ambiente de un electrón dentro de
un metal debe incluir el efecto de los átomos que forman la estructura periódica dentro del cristal.
Este fenómeno físico de los electrones define las bandas de energía de estos, donde los caracteres de
las propiedades electrónicas produzcan una clasificación de ellos. Los conductores y no conductores.
En conclusión, la Física del Estado Sólido además de estudiar el comportamiento de elasticidad,
compresión, difracción de los materiales semiconductores, también involucra en el comportamiento
de los electrones y átomos que caracterizan a cierto material, y que define de acuerdo con sus
cualidades su funcionamiento universal. Tomando la anterior premisa, los protagonistas del estado
sólido de un material, además de la materia es la presencia de los electrones libres de este.
REFERENCIAS
[1]. Guía del Física del Estado Sólido primera parte, Capitulo 35, libro recomendado por el
docente Rafael Guzmán, docente de Física de la U.E.B., Bogotá, Colombia.
[2]. Ecuación de Schrödinger, Wikipedia, Titulo de búsqueda, Ecuación de Onda.
[3]. Planos cristalográficos, Wikipedia, Titulo de búsqueda, Planos cristalográficos y ecuación de
Miller.

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ANEXOS
• Biografías
Walter Houser Brattain (Amoy, China, 10 de febrero de 1902 -
13 de octubre de 1987) fue uno de los físicos que inventó el
transistor.
Comenzó a trabajar como físico en la división de radio
del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, en 1929 se
incorporó a los laboratorios de la Compañía Telefónica Bell. En
la época en que trabajaba allí, él y los físicos estadounidenses
William Schockley y John Bardeen inventaron un pequeño
dispositivo electrónico llamado transistor. Se anunció por primera
vez en 1948 y se terminó en 1952, empleándose comercialmente
en radios portátiles, audífonos y otros aparatos. Por su trabajo con
los semiconductores y por el descubrimiento del transistor,
Brattain compartió con Schockley y Bardeen en 1956 el Premio
Nobel de Física.
William Bradford Schockley (13 de febrero de 1910 - 12 de agosto
de 1989) fue un físico estadounidense. En conjunto con John
Bardeen y Walter Houser Brattain, obtuvo el premio Nobel de Física
en 1956 "por sus investigaciones sobre semiconductores y el
descubrimiento del Transistor.
En 1955, Schockley abandonó los laboratorios Bell y
regresó a su ciudad natal, Palo Alto, California, en las proximidades
de la Universidad de Stanford, para crear su propia empresa,
Schockley Semiconductors Laboratory, con el apoyo económico de
Arnold Beckman, de Beckman Instruments. Contando con la
influencia de su prestigio y el respaldo económico de Beckman
Instruments trato de convencer a varios de sus compañeros de trabajo de Bell que se unieran a él en
la nueva empresa; ninguno quiso. Por lo tanto, empezó a rebuscar en las universidades a los más
destacados estudiantes para formar con ellos la empresa. Pero, dado su estilo empresarial, ocho de
los investigadores abandonaron la compañía en 1957 para formar la empresa Fairchild
Semiconductor. Entre ellos estaban Robert Noyce y Gordon Moore que más tarde crearían Intel.