FY508: Fysik af kondenserede stoffer (10 ECTS)

STADS: 07000801

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i efterårssemesteret.
1. og 2. kvartal.

Ansvarlige undervisere
Email: svt@ifk.sdu.dk

Yderligere undervisere
ipsen@memphys.sdu.dk
lyngs@memphys.sdu.dk

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
Stoffet fra FY503 Elektromagnetisme (eller FY02B), FY507 Indledende kvantemekanik (eller FY03) og den første blok i FY509 Termisk fysik (eller FY08) skal være kendt.

Kursusintroduktion
Kurset giver en indføring i fysikken af kondenserede faser, inklusive krystallinske og amorfe stoffer samt bløde materialer som polymerer og flydende krystaller. Kurset indfører de vigtigste teoretiske begreber og eksperimentelle metoder som benyttes til at beskrive og måle mekaniske, dynamiske og termodynamiske egenskaber af stofferne. Desuden sættes disse egenskaber i relation til stoffernes funktionelle egenskaber. Kurset giver grundlag for videregående studier i materialers fysik, biofysik samt nano-teknologi.

Kompetencer
Den studerende vil efter kurset kunne:
• indse sammenhængen mellem de teorier og begrebsdannelser som især anvendes indenfor beskrivelsen af kondenserede stoffer og de fundamentale fysiske love fra klassisk mekanik, termisk fysik, elektromagnetisme og kvantemekanik.
• sætte disse teorier og begreber i relation til materialers funktionelle egenskaber, fx. ved at
o beskrive hvorledes forskellige entalpiske og entropiske kræfter fører til selv-organisering og strukturering af komplekse væsker og bløde materialer
o forstå hvordan elektroners energitilstande og transport samt vekselvirkning mellem fononer, elektroner og fotoner bestemmer de fysiske egenskaber af metaller, isolatorer og halvledere.



Forventet læringsudbytte
Efter kurset forventes den studerende at kunne

• genkende de almindeligste krystalstrukturer og beskrive deres symmetriegenskaber
• forklare de fysiske mekanismer bag bindingstyper i faste krystallinske stoffer
• anvende det reciprokke gitter til at beskrive diffraktion af bølger i krystallinske stoffer
• anvende simple modeller til at udregne energidispersionen for akustiske og optiske fononer
• redegøre for betydningen af fononsystemerne for varmekapacitet og varmeledning
• forklare hvordan Blochs theorem følger fra Schrødinger ligningen for et periodisk potential
• foretage beregninger af energibåndstrukturer for simple systemer i weak potential og i Linear Combination of Atomic Orbitals approximationerne
• beskrive simple sammenhænge mellem krystalsymmetri og elektron-energibåndstrukturer
• forklare den effektive elektronmasse og anvende den til beskrivelse af elektrondynamik i halvledere
• beskrive væskers karakteristika
• gøre rede for strukturel orden og uorden i bløde materialer
• fortage simple beregninger af bløde systemers materialeegenskaber
• forklare principperne bag selv-organisering

Emneoversigt
Grundlag for stofs fysik.

• Fænomenologisk klassifikation og beskrivelse af kondenserede faser ved hjælp af termodynamiske og dynamiske egenskaber, herunder
a. Faser, faseovergange og faseligevægte
b. Strukturkarakterisering: rumlig symmetri, strukturel orden, uorden, gitterstruktur vs væskestruktur, korrelationsfunktioner, spredning og diffraktion som grundlag for måleteknikker.
• Mikroskopisk basis for dannelse af makroskopiske stoffer, herunder
a. Atomare bindingstyper
b. Intermolekylære og kolloide kræfter

Teoretisk beskrivelse af krystallinske stoffer.

• Krystalstrukturer
• Reciprokke gitter. Brillouin zoner
• Akustiske og optiske fononer. Dispersionsrelationer
• Varmekapacitet og varmeledning
• Elektron i periodisk potential. Blochs theorem
• Elektron energibåndstrukturer
• Løsning af Schrödinger ligningen ved
approximationer: Fourierudvikling af krystalpotentialet
• Eksempler på energibåndstrukturer i reelle stoffer.
• Elektrondynamik, effektiv elektron masse.

Anvendelse af teorien til bløde stoffer.
• Komplekse og strukturerede væsker
• Kolloide opløsninger
• Polymerer og geler
• Flydende krystaller
• Selv-organisering og bløde materialer

Fænomenologisk beskrivelse af uordnede og amorfe materialer

• Praktiske eksempler på legeringer af metaller og halvledere
• Praktiske eksempler på glasser og visko-elastiske væsker



Litteratur

• Stephen Elliot: The Physics and Chemistry of Solids, Wiley 1998.
• Richard A.L.Jones: Soft Condensed Matter, Oxford Univ. press, 2002.

Pensum
Se pensumbeskrivelse.

Kursets hjemmeside
Dette kursus benytter e-learn (blackboard).

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:
a) Efter 1. kvartal afholdes en mundtlig eksamen med karakter efter 7 skalaen og intern censur. Karakteren indgår med 50 % vægt i den endelig karakter for kurset.
b) Efter 2. kvartal afholdes en mundtlig eksamen med ekstern censur og karakter efter 7-skalaen. Karakteren indgår med 50 % vægt i den endelig karakter for kurset.
De to eksamener skal samlet bestås med min. karakteren 02. Er karakteren 02 ikke opnået, skal den/de dele af eksaminerne, som ikke er bestået tages om. Karakteren -3 eller "udeblevet" må ikke forekomme i nogen af deleksaminerne.

Vejledende timetal
På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

50 t forelæsninger. 50 t eksaminatorietimer/opgaveregning
Aktiviteter i studiefasen

Sprog
Der er ikke registreret nogle oplysninger om undervisningssproget.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. september 2007 til 31. januar 2008.