FY508: Fysik af kondenserede stoffer (10 ECTS)

STADS: 07006601

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i efterårssemesteret.

Ansvarlige undervisere
Email: svt@sdu.dk

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

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Kommentar:
Mundtlig midtvejseksamen torsdag d. 31. oktober.

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
Stoffet fra FY503 Elektromagnetisme I, FY507 Indledende kvantemekanik eller FY521 Indledende kvantemekanik I / FY522 Indledende kvantemekanik II og første kvartal af FY509 Termisk fysik 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.

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
• bestemmelse af krystallinske stoffers struktur ved røntgendiffraktion
• anvende 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 sammenhænge mellem krystalsymmetri og elektron-energibåndstrukturer
• forklare den effektive elektronmasse og anvende den til beskrivelse af elektrondynamik i halvledere
• beskrive effekten af dotering for halvlederstrukturers elektroniske egenskaber
• 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
  1. Faser, faseovergange og faseligevægte
  2. 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
  1. Atomare bindingstyper
  2. Intermolekylære og kolloide kræfter

Teoretisk beskrivelse af krystallinske stoffer.

• Krystalstrukturer
• Reciprokke gitter. Brillouin zoner, røntgendiffraktion
• Akustiske og optiske fononer. Dispersionsrelationer
• Varmekapacitet og varmeledning
• Elektron i periodisk potential. Blochs theorem
• Elektron energibåndstrukturer
• Løsning af Schrödinger-ligningen i to approximationer: 
1. Ved Fourierudvikling af krystalpotentialet
2. Ved udvikling i atomare bølgefunktioner
• Eksempler på energibåndstrukturer i reelle stoffer
• Elektrondynamik, effektiv elektron masse
• Halvlederes elektroniske egenskaber

Anvendelse af teorien på bløde stoffer.

• Termodynamiske, statistisk-mekaniske og elastiske egenskaber af bløde materialer, herunder gummier og andre elastomerer
• Komplekse og strukturerede væsker
• Kolloide suspensioner
• Opløsninger af polymerer og geler; faseomdannelser i blandinger ig i opløsning af polymerer
• Flydende krystaller med særlig vægt på nematiske faser
• Selv-organisering af 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

• Elliott: Physics and Chemistry of Solids.

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

Forudsætningsprøver
Ingen

Eksamen- og censurform:

1. Midtvejs i kurset afholdes en mundtlig eksamen med udgangspunkt i skriftlige opgaver, bedømmes efter 7 skalaen, intern bedømmelse. 5 ECTS (07006602)
2. Efter kurset afholdes en mundtlig eksamen med ekstern censur og karakter efter 7-skalaen. 5 ECTS (07006612)

De to eksamener skal samlet bestås med min. karakteren 02. Karakteren -3 eller "udeblevet" må ikke forekomme i nogen af deleksaminerne.

Reeksamen i samme eksamensperiode eller i umiddelbar forlængelse heraf.
Eksamensformen ved reeksamen kan være en anden end eksamensformen ved den ordinære eksamen.

Vejledende timetal
På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.
Introfase: 70 timer
Træningsfase: 30 timer, heraf:
 - Eksaminatorie: 30 timer

Aktiviteter i studiefasen

Sprog
Dette kursus undervises på dansk.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. september 2013 til 31. august 2015.