Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Contemporary Physics
Course of study:
2018/2019
Code:
JIS-2-101-GK-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Grafika komputerowa i przetwarzanie obrazów
Field of study:
Applied Computer Science
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Szafran Bartłomiej (bszafran@agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. dr hab. inż. Szafran Bartłomiej (bszafran@agh.edu.pl)
dr inż. Wójcik Paweł (pawel.wojcik@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Studenci nabierają podstawowej wiedzy oraz umiejętności związanych z problemami tzw. fizyki współczesnej (modern physics) .

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 samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do rozwiązania postawionego zadania IS2A_K02 Activity during classes,
Test,
Scientific paper,
Participation in a discussion,
Project
Skills
M_U001 Student potrafi rozwiązać proste zadania i problemy dotyczące procesów fizycznych z zakresu mechaniki kwantowej, teorii względności, fizyki statystycznej, jądrowej, atomowej, ciała stałego. IS2A_U01, IS2A_U02 Activity during classes,
Examination,
Test,
Execution of exercises
Knowledge
M_W001 Student ma podstawową wiedzę z mechaniki kwantowej, fizyki atomowej, ciała stałego, jądrowej, cząstek elementarnych IS2A_W03 Execution of exercises
M_W002 Student ma ogólną więdzę na temat podstaw fizycznych układów i urządzeń półprzewodnikowych, laserów, reaktorów jądrowych, akceleratorów. IS2A_W03 Examination
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 samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do rozwiązania postawionego zadania + + - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi rozwiązać proste zadania i problemy dotyczące procesów fizycznych z zakresu mechaniki kwantowej, teorii względności, fizyki statystycznej, jądrowej, atomowej, ciała stałego. + + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student ma podstawową wiedzę z mechaniki kwantowej, fizyki atomowej, ciała stałego, jądrowej, cząstek elementarnych + + - - - - - - - - -
M_W002 Student ma ogólną więdzę na temat podstaw fizycznych układów i urządzeń półprzewodnikowych, laserów, reaktorów jądrowych, akceleratorów. + + - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
Elementy Mechaniki Kwantowej, Fizyki Atomowej, Fizyki Ciała Stałego, Fizyki Jądrowej i Fizyki Cząstek Elementarnych

elementy mechaniki kwantowej: dualizm korpuskularno- falowy, kwantowa natura promieniowania, model Bohra, fale materii de Broglie’a, funkcja falowa, równanie Schrödingera, stany zlokalizowane i rozproszeniowe, postulaty mechaniki kwantowej, operatory, komutatory, twierdzenie Ehrenfesta

Elementy kwantowego przetwarzania informacji kwantowej: qubit, kwantowe bramki
logiczne, algorytm Deutscha, algorytm Shore’a,

elementy fizyki atomowej: atom wodoru, efekt Zeemana, spin elektronu, zakaz Pauliego, atomy wieloelektronowe, układ okresowy pierwiastków, promieniowanie X i synchrotronowe, lasery, wiązania molekularne

elementy fizyki statystycznej: rozkład statystyczny, stan równowagi, temperatura, rozkład Boltzmanna, statystyki kwantowej, prawo Reileygha-Jeansa, prawo Plancka,
ciepło właściwe ciał stałych

elementy fizyki ciała stałego: struktura krystaliczna, przewodnictwo cieplne i elektryczne, pasma energetyczne; metale, półprzewodniki, izolatory, urządzenia półprzewodnikowe, izolatory, ciepło właściwe ciała stałego, nadprzewodnictwo i jego zastosowania, właściwości magnetyczne ciał stałych, nanostruktury

elementy fizyki jądrowej: siła wiązania i struktura jądra, promieniotwórczość, prawo rozpadu, oddziaływanie promieniowania jądrowego z materią, reakcje jądrowe, fuzja i rozszczepienie, reaktory jądrowe,

elementy fizyki cząstek, hadrony, leptony, kwarki, bozony pośredniczące.

Auditorium classes:

Ćwiczenia poświęcone będą zagadnieniom związanym z podstawami mechaniki kwantowej, szczególnej teorii względności oraz mechaniki statystycznej.

Średnia z ocen odpowiedzi studentów przy tablicy (A).
Wynik kolokwium: (B). Ocena z ćwiczeń: Średnia arytmetyczna z A i B.

Ćwiczenia są obowiązkowe.

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności
studenta na zajęciach:
Każda nieusprawiedliwiona nieobecność wiąże się z
koniecznością zaliczenia materiału z opuszczonych zajęć w trakcie godzin konsultacyjnych.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 89 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 30 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Examination or Final test 4 h
Participation in auditorium classes 30 h
Preparation for classes 15 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa z modułu obliczana jest jako średnia arytmetyczna z wszystkich terminów egzaminu oraz z wszystkich terminów zaliczenia ćwiczeń, lecz nie mniej niż 3.0 jeśli ocena z egzaminu oraz zaliczenia ćwiczeń jest pozytywna.

Prerequisites and additional requirements:

Recommended literature and teaching resources:

1. S.Thornton, A. Rex, Modern Physics for Scientists and Engineers, wydanie IV, 2006, 2014 Brooks/Cole Cengage learning
2. A. Beisler, Concepts of Modern Physics, McGraw-Hill, 2003.
3.Ibach H., Lüth H., Fizyka Ciała Stałego , Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN, 1996;
4. kurs fizyki Georgia State University “Hyper Physics” http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:
Tytuł Driven spin transitions in fluorinated single- and bilayer-graphene quantum dots Autorzy D. P. ŻEBROWSKI, F. M. Peeters, B. SZAFRAN Źródło Semiconductor Science and Technology. — 2017 vol. 32 no. 6 art. no. 065016, s. 1–11. Tytuł Imaging snake orbits at graphene emph{n-p} junctions Autorzy K. KOLASIŃSKI, A. MREŃCA-KOLASIŃSKA, B. SZAFRAN Źródło Physical Review. B. — 2017 vol. 95 iss. 4, s. 045304-1–045304-8. Tytuł Simulation of the Coulomb blockade microscopy of quantum dots Autorzy E. WACH, B. SZAFRAN Źródło Physica. E, Low-Dimensional Systems & Nanostructures. — 2017 vol. 93, s. 70–77. Tytuł Spin-valley dynamics of electrically driven ambipolar carbon-nanotube quantum dots Autorzy E. N. OSIKA, A. Chacón, M. Lewenstein, B. SZAFRAN Źródło Journal of Physics : Condensed Matter. — 2017 vol. 29 no. 28 art. no. 285301, s. 1–13. Tytuł Spin-valley resolved photon-assisted tunneling in carbon nanotube double quantum dots Autorzy E. N. OSIKA, B. SZAFRAN Źródło Physical Review. B. — 2017 vol. 95 iss. 20, s. 205305-1–205305-6. Tytuł Spin separation and exchange for quantum dots in the Overhauser field Autorzy J. LEŚNICKI, B. SZAFRAN Źródło Physical Review. B. — 2017 vol. 95 iss. 19, s. 195302-1–195302-11. Tytuł Wannier-Bloch approach to localization in high-harmonics generation in solids Autorzy Edyta N. OSIKA, Alexis Chacón, Lisa Ortmann, Noslen Suárez, Jose Antonio Pérez-Hernández, Bartłomiej SZAFRAN, Marcelo F. Ciappina, Fernando Sols, Alexandra S. Landsman, Maciej Lewenstein Źródło Physical Review. X. — 2017 vol. 7 iss. 2, s. 021017-1–021017-14. Tytuł All-electrical manipulation of electron spin in a semiconductor nanotube Autorzy P. WÓJCIK, J. ADAMOWSKI, M. WOŁOSZYN, B. J. SPISAK Źródło Physica. E, Low-Dimensional Systems & Nanostructures. — 2014 vol. 59, s. 19–26. — tekst: Tytuł Application of non-classical distribution function to transport properties of semiconductor nanodevices Autorzy P. WÓJCIK, B. J. SPISAK, M. WOŁOSZYN, J. ADAMOWSKI Źródło Acta Physica Polonica. A. — 2008 vol. 114 no. 5, s. 1431–1436. — tekst: Tytuł Effect of inter- and intra-subband spin-orbit interactions on the operation of a spin transistor with a double quantum well structure Autorzy P. WÓJCIK, J. ADAMOWSKI Źródło Semiconductor Science and Technology. — 2016 vol. 31 no. 11 art. no. 115012, s. 1–12. — tekst: https://goo.gl/YTMS9z Tytuł Electrically controlled spin-transistor operation in a helical magnetic field Autorzy P. WÓJCIK, J. ADAMOWSKI Źródło Semiconductor Science and Technology. — 2016 vol. 31 no. 3 art. no. 035021, s. 1–6.

Prace na temat kwantowych bramkek logicznych, przetwarzania informacji kwantowej:

Spin Rotations Induced by an Electron Running in Closed Trajectories in Gated Semiconductor Nanodevices
S. Bednarek and B. Szafran
Phys. Rev. Lett. 101, 216805 (2008) – Published 21 November 2008

Spin accumulation and spin read out without magnetic field
S. Bednarek, P. Szumniak, and B. Szafran
Phys. Rev. B 82, 235319 (2010) – Published 16 December 2010

Tight-binding simulations of electrically driven spin-valley transitions in carbon nanotube quantum dots
E. N. Osika, A. Mreńca, and B. Szafran
Phys. Rev. B 90, 125302 (2014) – Published 2 September 2014

Gated combo nanodevice for sequential operations on single electron spin
S Bednarek and B Szafran 2009 Nanotechnology 20 065402

Additional information:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach

Nieobecność na zajęciach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie pisemnej w wyznaczonym przez prowadzącego terminie, lecz nie później niż w ostatnim tygodniu trwania zajęć.

Zasady zaliczania zajęć
Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczania. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej 20% zajęć i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony przez prowadzącego zajęcia możliwości poprawkowego zaliczania zajęć. Od takiej decyzji prowadzącego zajęcia student może się odwołać do prowadzącego przedmiot (moduł) lub Dziekana.