Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Laboratory of Condensed Matter Physics
Course of study:
2018/2019
Code:
JFT-2-016-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Rybicki Damian (ryba@agh.edu.pl)
Academic teachers:
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student potrafi zorganizować prace małego zespołu w celu realizacji projektu badawczego. FT2A_K02, FT2A_K01 Report,
Execution of laboratory classes
Skills
M_U001 W oparciu o wiedzę teoretyczną oraz materiały wskazane przez prowadzącego student potrafi przeprowadzić eksperyment. FT2A_U01, FT2A_U05 Execution of laboratory classes
M_U002 Korzystając z instrukcji student potrafi właściwie użyć zaawansowanych urządzeń pomiarowych. Student zna zasady BHP dotyczące ich obsługi. FT2A_U06 Test,
Execution of laboratory classes
M_U003 Student potrafi wykorzystać aparat matematyczny do analizy uzyskanych wyników. Student wie, w jaki sposób przygotować merytoryczne sprawozdanie z przeprowadzonych badań. FT2A_U01, FT2A_U03 Report
Knowledge
M_W001 Student zna teoretyczny opis zjawisk, które będą badane w ramach pracy eksperymentalnej. FT2A_W01 Test
M_W002 Student rozumie zastosowaną metodologię pomiaru oraz formalizm pozwalający na analizę uzyskanych wyników. FT2A_W03, FT2A_W05 Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student potrafi zorganizować prace małego zespołu w celu realizacji projektu badawczego. - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 W oparciu o wiedzę teoretyczną oraz materiały wskazane przez prowadzącego student potrafi przeprowadzić eksperyment. - - + - - - - - - - -
M_U002 Korzystając z instrukcji student potrafi właściwie użyć zaawansowanych urządzeń pomiarowych. Student zna zasady BHP dotyczące ich obsługi. - - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi wykorzystać aparat matematyczny do analizy uzyskanych wyników. Student wie, w jaki sposób przygotować merytoryczne sprawozdanie z przeprowadzonych badań. - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna teoretyczny opis zjawisk, które będą badane w ramach pracy eksperymentalnej. - - + - - - - - - - -
M_W002 Student rozumie zastosowaną metodologię pomiaru oraz formalizm pozwalający na analizę uzyskanych wyników. - - + - - - - - - - -
Module content
Laboratory classes:
  1. Pomiary podatności magnetycznej

    Ćwiczenie umożliwia zapoznanie się z najpowszechniejszą metodą charakteryzowania właściwości magnetycznych, tj. wyznaczeniem podatności magnetycznej szeregu materiałów. W ramach ćwiczenia przeprowadzić można badania, w funkcji temperatury, magnetyków tzw. lokalnych (związki lantanowców) oraz magnetyków pasmowych (związki żelaza). Ponadto obserwować można przejście do stanu nadprzewodzącego w nadprzewodniku wysokotemperaturowym YBCO (efekt Meissnera).

    Efekty kształcenia:
    -Studenci poznają praktyczne zastosowanie teorii pola średniego Curie-Weissa;
    -Studenci potrafią określić rodzaj uporządkowania magnetycznego na podstawie wyników eksperymentalnych.

  2. Badanie efektu Halla

    Celem doświadczenia jest badanie efektu Halla, który znajduje powszechne zastosowanie w miernikach pola magnetycznego – hallotronach. Ponadto ćwiczenie daje możliwość z zaznajomieniem się z działaniem elektromagnesu.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci poznają najważniejszą technikę wytwarzania pola magnetycznego;
    -Studenci potrafią wycechować hallotron do pomiarów pola magnetycznego, mając świadomość możliwych niepewności.

  3. Obserwacja zjawiska magnetooporu

    Wykonanie eksperymentu pozwala na oszacowanie efektów magnetooporowych w związkach półprzewodnikowych bądź metalicznych. Wyznaczany efekt jest kluczowy w rozwoju spintroniki – czyli wykorzystania spinu elektronu do kontrolowania transportu elektrycznego. Ponadto studenci zapoznają się z metodą czterokontaktową pomiaru oporu.

    Efekty kształcenia:
    -Zapoznanie się z ważnymi technologicznie zjawiskami transportowymi;
    -Studenci rozumieją znaczenie czterokontaktowej metody badania oporu elektrycznego.

  4. Praktyczne zastosowania fluorescencji rentgenowskiej (XRF)

    Celem ćwiczenia jest przybliżenie możliwości jakie dają pomiary XRF, w szczególności w inżynierii materiałowej oraz technice. Wykonanie pomiarów pozwala na ilościową analizę składu nieznanych próbek a także, w przypadku układów cienkowarstwowych, pomiar ich grubości.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci poznają w praktycznym zastosowaniu jedną z najpowszechniejszych technik analizy składu;
    -Studenci potrafią dobrać warunki pomiaru do postawionego przed nimi zadania;
    -Poznanie zasad pracy z promieniowaniem rentgenowskim.

  5. Badanie układów molekularnych metodą magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR)

    Badanie procesów magnetycznego rezonansu jądrowego w ciałach stałych i cieczach jest uniwersalną metodą umożliwiającą na wyznaczanie szeregu właściwości. Są one określane na podstawie pomiarów linii rezonansowych i czasów relaksacji. Ćwiczenie pozwala na analizę procesów dynamiki molekularnej dla szeregu substancji.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci poznają mechanizmy wpływające na kształt widm NMR oraz na czasy relaksacji spin-spin i spin-sieć.
    -Studenci potrafią przeprowadzić pomiar, analizę oraz interpretację widm NMR i czasów relaksacji.

  6. Nanoszenie i charakteryzacja cienkich warstw metalicznych

    Celem doświadczenia jest wykonanie układów mono-warstwowych na określonym podkładzie metodą rozpylania magnetronowego. Grubość uzyskanych warstw jest następnie analizowana przy pomocy pomiarów oporowych bądź optycznych. Ponadto grubość i skład mogą być potwierdzone przy pomocy spektrometru XRF.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci znają metody nanoszenia cienkich warstw;
    -Studenci potrafią wskazać metody używane do analizy układów cienkowarstwowych.

  7. Badanie przewodnictwa cieplnego wybranych materiałów

    Korzystając z pomiarów niestacjonarnego przepływu ciepła wyznacza się współczynnik przewodnictwa temperaturowego. Ćwiczenie pozwala zrozumieć rolę różnych mechanizmów transportu ciepła w ciałach stałych.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci poznają mechanizm fononowy i elektronowy transportu ciepła;
    -Studenci rozumieją równanie dyfuzji ciepła, potrafią dokonać rozróżnienia między częścią geometryczną a czasową rozwiązania r. dyfuzji.

  8. Efekt Mössbauera

    Przy wykorzystaniu zjawiska bezodrzutowej absorpcji i emisji kwantów gamma studenci badają wpływ lokalnych otoczeń żelaza na jego właściwości. Eksperyment pozwala na stwierdzenie występowania uporządkowania magnetycznego oraz na określenie stanu spinowego żelaza.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci poznają technikę pozwalającą na lokalne próbkowanie badanego materiału;
    -Dzięki analizie wyników studenci zapoznają się metodami wyznaczania przesunięcia chemicznego, rozszczepienia kwadrupolowego czy rozszczepienia nadsubtelnego;
    -Poznanie zasad pracy z promieniowaniem jonizującym.

  9. Wyznaczanie przerwy energetycznej w półprzewodnikach metodą optyczną

    Wartość przerwy energetycznej jest jednym z kluczowych parametrów determinujących optyczne właściwości materii skondensowanej. W doświadczeniu przerwa wyznaczana jest z pomiarów transmisji promieniowania elektromagnetycznego w zakresie UV-Vis.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci poznają metodę bezpośredniego wyznaczenia przerwy energetycznej;
    -Studenci potrafią związać obserwowane efekty ze strukturą pasmową wybranych materiałów.

  10. Wyznaczanie topologii powierzchni za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM)

    Mikroskopia sił atomowych jest jednym z podstawowych narzędzi badań nad układami mającymi znaczenia w nanotechnologii. Podczas wykonania doświadczenia bezpośrednio można się przekonać o kluczowej roli doboru parametrów pomiaru dla jakości otrzymanych obrazów.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci znają wpływ warunków pomiaru na jakość uzyskanych obrazów, potrafią je optymalizować;
    -Studenci potrafią dokonać prostej analizy otrzymanych obrazów.

  11. Pomiar oporu elektrycznego metali i półprzewodników

    Studenci mierzą opór wskazanych materiałów w zakresie temperatur od 140 do 330 K. Dla półprzewodników wyznaczana jest wartość przerwy energetycznej. Dla prostych metali sprawdzana jest stosowalność modelu Blocha–Grüneisena.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci rozumieją konsekwencje oddziaływania elektron-fonon;
    -Studenci zapoznają się z rezystancyjnymi metodami pomiaru temperatury;
    -Studenci potrafią wyznaczyć przerwę energetyczną z pomiarów transportowych.

  12. Zajęcia wstępne

    • Podczas zajęć wstępnych prowadzący przekazuje studentom informacje dotyczące regulaminu pracowni, potencjalnych zagrożeń oraz zasad BHP. Studenci zostają zapoznani pokrótce z urządzeniami, które są na wyposażeniu pracowni.
    • Studenci otrzymują aktualny spis zalecanej literatury.
    • Zajęcia odbywają się w grupach dwuosobowych. Ze względu na to, że część ćwiczeń odbywa się w przeciągu dwóch kolejnych tygodni prowadzący każdorazowo określa zakres i wybór ćwiczeń do wykonania.

  13. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych

    Podczas zajęć wyznaczane jest ciepło właściwe materiału metalicznego. Pomiary pozwalają na obliczenie Cp dla kilku temperatur w zakresie 90 – 300 K. Studenci wyznaczają temperaturę Debye’a.

    Efekty kształcenia:
    -Studenci zapoznają się praktycznie z pojęciem fononów i dynamiki sieci;
    -Studenci potrafią zastosować model Debye’a do analizy numerycznej wyników.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 125 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Participation in laboratory classes 45 h
Preparation for classes 20 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 35 h
Contact hours 10 h
Realization of independently performed tasks 15 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena za każde ćwiczenie jest obliczana jako średnia z przygotowania do zajęć, przebiegu pracy eksperymentalnej oraz oceny za sprawozdanie. Ocena końcowa jest obliczana jako średnia z ocen za poszczególne ćwiczenia, przy czym wymagane jest uzysaknie zaliczenia ze wszystkich ćwiczeń.

Prerequisites and additional requirements:

1. Znajomość podstaw fizyki ciała stałego w zakresie kursu JFT-1-505-s.
2. Przydatna jest znajomość zagadnień zawartych w bloku BT6 z grupy “Nowoczesne materiały i technologie”

Recommended literature and teaching resources:

1. C. Kittel “Wstęp do fizyki ciała stałego” PWN
2. H. Ibach, H. Lüth “Fizyka ciała stałego” PWN
3. Skrypt nr. 900 AGH red. K. Krop “Fizyka ciała stałego: laboratorium” – http://winntbg.bg.agh.edu.pl/skrypty2/0162/
4. A. Oleś “Metody doświadczalne fizyki ciała stałego” WNT

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

Pod koniec semestru przewidziany jest dodatkowy termin ćwiczeń, których student z przyczyn losowych nie mógł wykonać w pierwotnym terminie. Studenci mogą wówczas odrabiać ćwiczenia po uprzednim uzyskaniu zgody prowadzącego na zasadach podanych powyżej.