Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizyka współczesna
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JIS-2-104-AD-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Modelowanie i analiza danych
Kierunek:
Informatyka Stosowana
Semestr:
1
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Szafran Bartłomiej (bszafran@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. inż. Szafran Bartłomiej (bszafran@agh.edu.pl)
dr inż. Wójcik Paweł (pawel.wojcik@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

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

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 ma podstawową wiedzę z mechaniki kwantowej, fizyki atomowej, ciała stałego, jądrowej, cząstek elementarnych IS2A_W03 Wykonanie ćwiczeń
M_W002 Student ma ogólną więdzę na temat podstaw fizycznych układów i urządzeń półprzewodnikowych, laserów, reaktorów jądrowych, akceleratorów. IS2A_W03 Egzamin
Umiejętności
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 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do rozwiązania postawionego zadania IS2A_K02 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Referat,
Udział w dyskusji,
Projekt
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 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. + + - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi rozwiązać proste zadania i problemy dotyczące procesów fizycznych z zakresu mechaniki kwantowej, teorii względności, fizyki statystycznej, jądrowej, atomowej, ciała stałego. + + - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do rozwiązania postawionego zadania + + - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
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.

Ćwiczenia audytoryjne:

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.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 89 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 4 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 30 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

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.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:
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

Informacje dodatkowe:

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.