FY508: Fysik af kondenserede stoffer (10 ECTS)

STADS: 07009301

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i efterårssemesteret.

Ansvarlige undervisere
Sven Tougaard, Professor MSO, dr.scient., ph.d.
Tlf.: 6550 3530 Email: svt@sdu.dk

Yderligere undervisere
John Hjort Ipsen, Lektor, Ph.D.
Tlf.: 6550 2560 Email: ipsen@memphys.sdu.dk
lyngs@memphys.sdu.dk

Skemaoplysninger
Hold Type Dag Tidsrum Lokale Uger Kommentar
Fælles I Mandag 10-12 U133 50-51
Fælles I Tirsdag 12-14 5.3.19 36-41,43-44
Fælles I Tirsdag 12-14 U147 45-51
Fælles I Onsdag 08-10 U143 36
Fælles I Onsdag 16-18 U26A 44
Fælles I Torsdag 08-10 U23A 36
Fælles I Fredag 10-12 U145 36
Fælles I Fredag 12-14 U156 37
Fælles I Fredag 10-12 U49 37-38,41,45,48-50
Fælles I Fredag 12-14 U13 38
Fælles I Fredag 12-14 U31A 39-41,46,48-49
Fælles I Fredag 12-14 U151 43
Fælles I Fredag 10-12 U157 43
Fælles I Fredag 12-14 U26A 45
H1 TE Torsdag 08-10 U151 37-41,43-51
H1 TE Fredag 10-12 U49 46-47
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Indgangskrav:
Ingen

Faglige forudsætninger:
Stoffet fra FY503 Elektromagnetisme I, FY504 Klassisk Fysik, FY506 Elektromagnetisme II, FY507 Indledende kvantemekanik eller FY521 Indledende kvantemekanik I og første kvartal af FY509 Termisk fysik forudsættes 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. Mundtlig eksamen med udgangspunkt i de projektopgaver, der er afleveret i løbet af semestret. Ekstern censur med karakter efter 7-skalaen. 10 ECTS (07009302)

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 2015 til 31. august 2016.