Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Magnetism and Physics of Metals
Course of study:
2018/2019
Code:
JFT-2-025-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:
prof. dr hab. inż. Kozłowski Andrzej (kozlow@agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. dr hab. inż. Kozłowski Andrzej (kozlow@agh.edu.pl)
mgr inż. Zalecki Ryszard (zalecki@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Ślęzak Tomasz (slezak@agh.edu.pl)
Module summary

Stany elektronowe w potencjale periodycznym i w polu magnetycznym, powstanie momentu magnetycznego i eksperymentalne sposoby badania

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 angażuje się w merytoryczną dyskusję w grupie, oraz z prowadzącym zajęcia FT2A_K03, FT2A_K01 Activity during classes,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes
M_K002 Student współpracuje w grupie nad projektowaniem i przeprowadzeniem eksperymentu FT2A_K03, FT2A_K01 Participation in a discussion
Skills
M_U001 Student umie skorelować własności metalu z jego stanami elektronowymi FT2A_U07, FT2A_U04, FT2A_U06, FT2A_U05, FT2A_U03 Activity during classes,
Examination
M_U002 Student potrafi określić podstawowe parametry magnetyczne materiału FT2A_U02, FT2A_U01, FT2A_U07, FT2A_U04, FT2A_U05, FT2A_U03 Execution of laboratory classes
M_U003 Student umie zaproponować określoną metodykę pomiarową stwierdzającą fakt istnienia przemiany fazowej i określającą właściwości magnetyczne FT2A_U02, FT2A_U01, FT2A_U07, FT2A_U04, FT2A_U06, FT2A_U05, FT2A_U03 Activity during classes,
Examination,
Scientific paper
Knowledge
M_W001 Student ma pogłębioną wiedzę w zakresie stanów elektronowych w potencjale periodycznym. FT2A_W03, FT2A_W01, FT2A_W05, FT2A_W02 Examination,
Participation in a discussion
M_W002 Student posiada pogłębioną wiedzę o przyczynach powstawania momentu magnetycznego atomu, i oddziaływań magnetycznych między atomami FT2A_W03, FT2A_W01, FT2A_W05, FT2A_W02 Activity during classes,
Examination
M_W003 Student posiada wiedzę w zakresie metod doświadczalnych w magnetyzmie i w badaniach metali FT2A_W04, FT2A_W01, FT2A_W05, FT2A_W02 Execution of a project,
Execution of laboratory classes
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 angażuje się w merytoryczną dyskusję w grupie, oraz z prowadzącym zajęcia + - - - - + - - - - -
M_K002 Student współpracuje w grupie nad projektowaniem i przeprowadzeniem eksperymentu - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student umie skorelować własności metalu z jego stanami elektronowymi + - - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi określić podstawowe parametry magnetyczne materiału + - + - - + - - - - -
M_U003 Student umie zaproponować określoną metodykę pomiarową stwierdzającą fakt istnienia przemiany fazowej i określającą właściwości magnetyczne + - + - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Student ma pogłębioną wiedzę w zakresie stanów elektronowych w potencjale periodycznym. + - - - - - - - - - -
M_W002 Student posiada pogłębioną wiedzę o przyczynach powstawania momentu magnetycznego atomu, i oddziaływań magnetycznych między atomami + - - - - - - - - - -
M_W003 Student posiada wiedzę w zakresie metod doświadczalnych w magnetyzmie i w badaniach metali + - + - - + - - - - -
Module content
Lectures:
Fizyka metali i magnetyzm

I. Wykłady (29 godzin)
1. Metale – charakterystyka ogólna: podstawowe właściwości, eksperymentalne charakterystyki metalu -2 godz.
2. Model metalu elektronów swobodnych i właściwości metalu które nim można wytłumaczyć; -2 godz.
3. Sieć Bravais’go i sieć odwrotna-2 godz.
4. Stany elektronowe w potencjale okresowym: twierdzenie Blocha, model Kroniga-Penneya, kształt powierzchni Fermiego -4 godz.
5. Metody badania struktury pasmowej oraz powierzchni Fermiego-6 godz.
-fotoemisja elektronowej, w tym fotoemisja kątowo-rozdzielcza
-efekt de Haasa van Alphena
-anihilacja pozytonu
6. Paramagnetyzm Pauliego i źródła oddziaływań wymiennych: atom helu-2 godz.
7. Uporządkowanie magnetyczne w metalach; Model Stonera-Wohlfarta-2 godz.
8. Stałe, oddziałujące momenty magnetyczne jonów: teoria pola molekularnego dla hamiltonianu Heisenberga-2 godz.
9. Magnetyzm atomów: reguły Hunda; pole krystaliczne: anizotropia magnetyczna-3 godz.
10. Metody eksperymentalne w magnetyzmie: 4 godz.
-Ciepło właściwe
-Podatność magnetyczna AC
-Namagnesowanie
-Dyfrakcja neutronów

Laboratory classes:
Ćwiczenia laboratoryjne (w laboratoriach naukowych)

Studenci wykonują następujące pomiary w pracowniach naukowych:
-ciepło właściwe
-podatność magnetyczna AC
-namagnesowanie (na VSM)
-ARUPS

Efekty kształcenia:

-Student rozumie specyfike pomiarów ciepla właściwego i wszechstronność wyników w tym pomiarze otrzymywanych
-Student rozumie cel przeprowadzania pomiarów magnetycznych w wysokich (VSM) i niskich (podatność AC) polach i ma elementarną wiedzę na temat ich interpretacji.
-Student rozumie podstawy opisu stanów elektronowych ciała stałego i docenia konieczność ich eksperymentalnego badania.

Seminar classes:
Seminarium

Przygotowanie do pomiarów: każda grupa 3-4 osobowa omawia technikę doświadczalną i uzyskane wyniki na podstawie literatury.

Efekty kształcenia:
-Student potrafi, w trakcie dyskusji, uzasadnić wybór techniki doświadczalnej dla obserwacji danego zjawiska.
-Student czuje koniecznosc solidnego zaplanowania i przygotowania eksperymentu

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 89 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Realization of independently performed tasks 17 h
Examination or Final test 2 h
Preparation for classes 15 h
Participation in lectures 28 h
Participation in seminar classes 8 h
Participation in laboratory classes 9 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 10 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu (E) i przygotowania prezentacji na seminarium (S), oraz wykonania i przeprowadzenia doświadczenia (P): OK = 0,5 x E + 0,1 x S + 0,4 x P

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw fizyki ciała stałego

Recommended literature and teaching resources:

1. Ashcroft N.W., Mermin N.D., Fizyka Ciała Stałego, PWN, Warszawa 1986.
2. A. Szewczyk, A. Wiśniewski, R. Puźniak, H. Szymczak, Magnetyzm i Nadprzewodnictwo, PWN, Warszawa 2012.
3. C. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN Warszawa 1999
4. A. Paja, Wstęp do fizyki metali, SU1697, AGH 2008
5. Marvin L. Cohen, Steven G. Louie, Fundamentals of Condensed Matter Physics 1st Edition, Cambridge University Press, 2016

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

1. Alexey Bosak, Dmitry Chernyshov, Moritz Hoesch, Przemysław Piekarz, Mathieu Le Tacon, Michael Krisch, Andrzej Kozłowski, Andrzej M. Oleś, and Krzysztof Parlinski
Short-Range Correlations in Magnetite above the Verwey Temperature; Phys. Rev. X 4, 011040 ( 2014)
2. M. Hoesch, P. Piekarz, A. Bosak, M. Le Tacon, M. Krisch, A. Kozłowski, A.M. Oleś, and K. Parlinski,
Anharmonicity due to Electron-Phonon Coupling in Magnetite, Phys. Rev. Lett. 110, 207204 (2013).
3. Karunakar Kothapalli, Eunja Kim, Tomasz Kołodziej, Philippe F. Weck, Ercan E. Alp, Yuming Xiao, Paul Chow, C. Kenney-Benson, Yue Meng, Sergey Tkachev, Andrzej Kozłowski, Barbara Lavina, and Yusheng Zhao; Nuclear forward scattering and first-principles studies of the iron oxide phase Fe4O5
Phys. Rev B 90, 024430 (2014)
4. W. Tokarz, R. Zalecki, M. Kowalik, A. Kołodziejczyk, A. Kozłowski, J.I. Miotkowski Electronic Band Structure and Photoemission States of Bi1.96 Mg0.04 Se3, Acta Physica Polonica A,126/4A (2014) 127-129
5. Z. Kąkol, A. Kozłowski, T. Kołodziej & J. Przewoźnik
Charge rearrangement in magnetite: from magnetic field induced easy axis switching to femtoseconds electronic processes, Philosophical Magazine, 95:5-6, 633-648 (2015)
6. S. Borroni, E. Baldini, V. M. Katukuri, A. Mann, K. Parlinski, D. Legut, C. Arrell, F. van Mourik, J. Teyssier, A. Kozlowski, P. Piekarz, O. V. Yazyev, A. M. Oleś, J. Lorenzana, and F. Carbone
Coherent generation of symmetry-forbidden phonons by light-induced electron-phonon interactions in magnetite, Phys. Rev. B 96, 104308 (2017)

Additional information:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:
Nieobecność na zajęciach laboratoryjnych wymaga od studenta odpracowania zajęć, być może w trakcie zwykłych, nie przeznaczonych dla studentów pomiarów (co może wiązać się z niekorzystnym dla studenta terminem)
Nieobecność na seminarium wymaga od studenta ustnej odpowiedzi z połowy prezentowanych tematów, lub wszystkich, jeśli nieobecność nie jest usprawiedliwiona.