Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Własności elektronowe materii skondensowanej
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFCB-3-004-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia III stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie „Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej”
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Toboła Janusz (tobola@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. inż. Toboła Janusz (tobola@fis.agh.edu.pl)
dr hab. inż. Wiendlocha Bartłomiej (wiendlocha@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Student posiada wiedzę o metodach obliczeń struktury elektronowej i własności fizycznych układów materii skondensowanej. Student potrafi zainstalować dedykowane programy oraz przeprowadzić obliczenia.

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 posiada podstawową wiedzę o możliwościach opisu teoretycznego oraz metodach obliczeń struktury elektronowej i własności fizycznych układów materii skondensowanej. FCB3A_W08 Prezentacja
M_W002 Student posiada wiedzę o możliwościach obliczeń wybranych właściwości elektronowych materiałów magnetycznych, nadprzewodzących, termoelektrycznych oraz na ogniwa jonowe. FCB3A_W08 Prezentacja
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zainstalować dedykowane programy oraz przeprowadzić przy ich użyciu obliczenia związane z tematyką przedmiotu. FCB3A_W15 Sprawozdanie
M_U002 Student potrafi przeprowadzić krytyczną analizę wyników obliczeń, zinterpretować uzyskane wielkości fizyczne, podać ich związek z charakterystyką elektronową badanych materiałów i porównać z danymi eksperymentalnymi. FCB3A_W11 Sprawozdanie
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi poprawnie wyjaśniać - przy użyciu właściwej terminologii - zagadnienia będące przedmiotem zajęć laboratorium komputerowego. FCB3A_W17 Udział w dyskusji
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 posiada podstawową wiedzę o możliwościach opisu teoretycznego oraz metodach obliczeń struktury elektronowej i własności fizycznych układów materii skondensowanej. + - - - - - - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę o możliwościach obliczeń wybranych właściwości elektronowych materiałów magnetycznych, nadprzewodzących, termoelektrycznych oraz na ogniwa jonowe. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zainstalować dedykowane programy oraz przeprowadzić przy ich użyciu obliczenia związane z tematyką przedmiotu. + - - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi przeprowadzić krytyczną analizę wyników obliczeń, zinterpretować uzyskane wielkości fizyczne, podać ich związek z charakterystyką elektronową badanych materiałów i porównać z danymi eksperymentalnymi. + - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi poprawnie wyjaśniać - przy użyciu właściwej terminologii - zagadnienia będące przedmiotem zajęć laboratorium komputerowego. + - - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. Elementarny opis kryształów i układów topologicznie nieuprządkowanych (2 h)

    Podział substancji fizycznych ze względu na kryterium symetrii. Układy ciał stałych o wysokiej symetrii: kryształy i ich deformacje. Nietypowe stany materii – ciecze kwantowe. Model sztywnych kul Bernala, wielościany Voronoi. Relacja Eulera-Poincare. Problem przestrzennego upakowania i liczby koordynacyjnej. Hipoteza Keplera. Funkcje dystrybucyjne.

  2. Podstawy teorii stanów elektronowych kryształów (2 h).

    Zagadnienie rozpraszania elektronów. Przypomnienie wyników dla modelu elektronów “prawie” swobodnych. Metoda pseudopotencjału i koncepcja obliczeń samouzgodnionych. Energia gazu elektronowego (oddziaływanie wymienno-korelacyjne). Funkcja dielektryczna. Pasma energetyczne i powstawanie przerwy.

  3. Wprowadzenie do obliczeń struktur elektronowych w ramach DFT (2 h).

    Równania Hartree-Focka. Równania Kohna-Shama. Twierdzenia Hohenberga-Kohna. Teoria funkcjonału gęstości elektronowych i spinowych. Przybliżenie lokalnej gęstości elektronowej LDA, GGA i wyjście poza te przybliżenia. Metody obliczeń struktury elektronowej układów ciał stałych (realnych, niżej wymiarowych).

  4. Podstawy teoretyczne rozpraszania elektronów w stopach (2 h)

    Nieporządek chemiczny. Funkcja Greena a gęstość stanów. Przypadek cząstki swobodnej oraz ogólnego potencjału krystalicznego. Przybliżenia VCA (virtual crystal approximation) oraz CPA (coherent potential approximation). Opisy nieporządku w ramach modelu TB (tight binding).

  5. Nieporządek a przejścia metal-izolator (2 h)

    Defekty punktowe (domieszki i wakansje) w półprzewodnikach, ich wpływ na własności transportowe oraz optyczne. Zagadnienie lokalizacji elektronów (przejście Motta oraz Andersona). Półprzewodzące układy nieuporządkowane.

  6. Opis zjawisk transportu elektronów w materii skondensowanej (2 h)

    “Czworobok” termoelektryczny i współczynniki Onsagera. Formuły Zimana i Motta na przewodność elektryczną oraz siłę termoelektryczną dla metali. Równanie transportu Boltzmanna i przybliżenie czasu relaksacji. Wpływ sieci (fononów) na przewodność elektryczną termosiłę. Przewodność cieplna i kłopoty z prawem Wiedemanna-Franza. Własności optyczne i relacje Kramersa-Kroniga. Formuły Drudego.

  7. Struktura elektronowa materiałów na ogniwa jonowe (2 h).

    Charakterystyczne cechy struktury elektronowej wybranych grup tlenków metali przejściowych. Własności magnetyczne i transportowe układów na ogniwa jonowe. Wpływ defektów krystalicznych na charakter elektromotorycznej krzywej ładowania/rozładowania ogniw jonowych. Problem przewodnictwa elektronowego i jonowego.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 56 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 14 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 14 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 14 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 7 godz
Wykonanie projektu 7 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Egzamin będzie polegał na dyskusji po prezentacji wyników własnych obliczeń struktury elektronowej i własności fizycznych wybranego układu krystalicznego. Ocena końcowa to średnia z oceny egzaminu (50%) oraz oceny zaliczenia laboratorium obliczeniowego (50%).

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1 Cusack N E, The Physics of Structurally Disordered Matter, IOP Publishing Ltd. (1987).
2 Blatt, F J, Fizyka Zjawisk Elektronowych w Metalach i Półprzewodnikach, PWN, Warszawa (1973).
3 Ziman J M, Models of disorder, Cambridge University Press (1979).
4 Zallen R., Fizyka Ciał Amorficznych, Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa (1994).
5 Martin, R M, Electronic structure. Basic Theory and Practical Methods, Cambridge University Press (2004).
6 Grimvall G, The Electron-Phonon Interaction in Metals, North-Holland (1981).
7 Grimvall G, Thermophysical Properties of Materials, North-Holland (1999).
8 McKinnon A, Lecture Notes; http://www.cmth.ph.ic.ac.uk/angus/Lectures/
9 Materiały dydaktyczne na stronie http://newton.ftj.agh.edu.pl/~tobola (zostaną udostępnione po rozpoczęciu wykładu).

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak