Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Metody analizy strukturalnej i dyfrakcyjnej układów aperiodycznych
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-1-025-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr inż. Strzałka Radosław (Radoslaw.Strzalka@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr inż. Strzałka Radosław (Radoslaw.Strzalka@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Zajęcia mają na celu wprowadzenie w tematykę układów aperiodycznych i poznanie podstawowych narzędzi analizy strukturalnej i dyfrakcyjnej, na przykładzie modelowych kwazikryształów i innych układów.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student zna opis struktury atomowej i obrazu dyfrakcyjnego układów aperiodycznych w podejściu wielowymiarowym i statystycznym. FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W05, FM1A_W06 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Student zna narzędzia i metody analizy układów aperiodycznych. FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W05, FM1A_W06 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprogramować metody analizy strukturalnej i dyfrakcyjnej układów aperiodycznych, wygenerować dane numeryczne i je opracować, a także opracować dane eksperymentalne (na przykładzie kwazikryształów, ciągów aperiodycznych 1D i struktur modulowanych). FM1A_U04, FM1A_U01, FM1A_U02, FM1A_U03, FM1A_U08 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne
M_K001 Student posiada umiejętność zwięzłego i precyzyjnego opisania własnych rozwiązań oraz komunikatywnego ich przedstawienia. FM1A_K01, FM1A_K02 Udział w dyskusji,
Studium przypadków ,
Aktywność na zajęciach
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student zna opis struktury atomowej i obrazu dyfrakcyjnego układów aperiodycznych w podejściu wielowymiarowym i statystycznym. + - + - - - - - - - -
M_W002 Student zna narzędzia i metody analizy układów aperiodycznych. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprogramować metody analizy strukturalnej i dyfrakcyjnej układów aperiodycznych, wygenerować dane numeryczne i je opracować, a także opracować dane eksperymentalne (na przykładzie kwazikryształów, ciągów aperiodycznych 1D i struktur modulowanych). - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student posiada umiejętność zwięzłego i precyzyjnego opisania własnych rozwiązań oraz komunikatywnego ich przedstawienia. + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Tematyka wykładu:

  1. Periodyczność vs. aperiodyczność (komórka elementarna, zabronione osie symetrii, pokrycie aperiodyczne, historia odkrycia kwazikryształów)
  2. Obraz dyfrakcyjny (symetria, indeksowanie)
  3. Opis strukturalny: metoda statystyczna i wielowymiarowa (idea obu metod, modelowanie)
  4. Modele strukturalne (kwazikryształy dekagonalne i ikozaedryczne)
  5. Narzędzia do modelowania (odzyskiwanie fazy, udokładnianie struktury)

Ćwiczenia laboratoryjne:
  1. Ciąg Fibonacciego – generowanie i numeryczny obraz dyfrakcyjny:

    Generowanie ciągu aperiodycznego, obliczenie obrazu dyfrakcyjnego: numeryczna transformata Fouriera, wskaźnikowanie obrazu dyfrakcyjnego, skalowanie, generowanie ciągu Fibonacciego w metodzie wielowymiarowej.

  2. Metoda wielowymiarowa – na przykładzie ciągu Fibonacciego:

    Baza sieci prostej i odwrotnej, idea powierzchni atomowej, generowanie ciągu Fibonacciego, “teoretyczny” obraz dyfrakcyjny.

  3. Metoda statystyczna – średnia komórka elementarna dla ciągu Fibonacciego:

    Generowanie rozkładu statystycznego (średniej komórki elementarnej), własności rozkładu statystycznego, skalowanie, czynnik strukturalny i obraz dyfrakcyjny.

  4. Obliczenia analityczne w metodzie statystycznej (zajęcia rachunkowe):

    Wyprowadzenie czynnika strukturalnego, skalowanie, średnia komórka elementarna.

  5. Inne jednowymiarowe układy aperiodyczne i analogie:

    Ciąg Thue-Morse’a, struktura niewspółmiernie modulowana, analogia: siatka dyfrakcyjna.

  6. Kwazikryształ dwuwymiarowy (dekagonalny):

    Pokrycie Penrose’a, obliczenia numeryczne obrazu dyfrakcyjnego, średnia komórka elementarna.

  7. Kwazikryształ trójwymiarowy (ikozaedryczny):

    Pokrycie Ammanna, średnia komórka elementarna i powierzchnia atomowa, wskaźnikowanie obrazu dyfrakcyjnego proszkowego.

  8. Gotowe narzędzia do analizy układów aperiodycznych:

    Dedykowane pakiety oprogramowania, narzędzia do wizualizacji struktury, narzędzia do odzyskiwania fazy czynnika strukturalnego (QUASI, VESTA, Superflip, lodemac itp.).

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 60 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Udział w wykładach 10 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 20 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa będzie wystawiona na podstawie aktywności studentów podczas zajęć komputerowych, stopnia realizacji przez nich założonych celów i samodzielności.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Student powinien znać w zakresie podstawowym dowolny język programowania. Wskazana, lecz niekonieczna jest znajomość podstaw krystalografii.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  1. W. Steurer, S. Deloudi, Crystallography of Quasicrystals. Concepts, Methods and Structures, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009.
  2. M. Baake, U. Grimm, Apriodic Order. Volume 1: A Mathematical Invitation, Cambridge University Press 2013
  3. R. Strzałka, I. Bugański, J. Wolny, Statistical Approach to Diffraction of Periodic and Non-Periodic Crystals – Review, Crystals 6 (2016) 104-123.
  4. J. Wolny, I. Bugański, R. Strzałka, Model refinement of quasicrystals, Crystallography Reviews. (2017) 1-43
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

http://bpp.agh.edu.pl/autor/strzalka-radoslaw-06874

Informacje dodatkowe:

Wiedza i umiejętności nabyte po ukończeniu kursu pozwalają podjąć pracę badawczą w tematyce układów aperiodycznych na poziomie pracy inżynierskiej i magisterskiej.

Obecność na ćwiczeniach laboratoryjnych jest obowiązkowa. Student może z usprawiedliwieniem opuścić dwoje zajęć. W razie nieobecności należy wyrównać zaległości w formie samodzielnego opracowania tematu omawianego podczas opuszczonych zajęć.