FY508: Fysik af kondenserede stoffer (10 ECTS)

STADS: 07009301

Niveau
Bachelorkursus

Undervisningsperiode
Kurset er placeret i efterårssemesteret.

Ansvarlige undervisere
Email: svt@sdu.dk

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

Skemaoplysninger
Vis hele skemaet
Vis personligt skema for dette kursus.

Indgangskrav:
Ingen.

Faglige forudsætninger:
Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til grundlæggende klassisk mekanik, termodynamik, elektromagnetisme, kvantemekanik og statistisk mekanik.
• Kunne anvende elementær matematik til at håndtere modelbeskrivelser baseret på fysiske love.

Formål
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.

Kurset bygger oven på den viden, der er erhvervet i kurserne FY503, FY504, Fy521, FY522, FY523, FY524 og giver et fagligt grundlag for at studere emnerne i statistisk mekanik FY802 og skrivning af bachelor projekt og speciale i kondenserede stoffers fysik senere i uddannelsen.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

• Give kompetence til at håndtere komplekse problemer og selvstændigt at kunne indgå i fagligt og tværfagligt samarbejde og identificere egne læringsbehov og strukturere egen læring. 
• Give færdigheder i at anvende fysiske metoder og matematiske redskaber til at opstille og vurdere fysiske modeller.
• Give viden om og forståelse af kondenserede stoffers fysiske egenskaber

Målbeskrivelse
For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende demonstrerer evnen til at:

• 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

Indhold
Kurset indeholder følgende faglige hovedområder:

• Faser, faseovergange og faseligevægte
• Væskestruktur, korrelationsfunktioner
• Atomare bindingstyper
• Intermolekylære og kolloide kræfter
• Krystalstrukturer
• Reciprokke gitter.
• Brillouin zoner
• Røntgendiffraktion
• Akustiske og optiske fononer. Dispersionsrelationer
• Varmekapacitet og varmeledning
• Elektron i periodisk potential.
• Blochs theorem
• Løsning af Schrödinger-ligningen i to approximationer:
1. Ved Fourierudvikling af krystalpotentialet
2. Ved udvikling i atomare bølgefunktioner
• Elektron energibåndstrukturer
• Elektrondynamik, effektiv elektron masse
• Halvlederes elektroniske egenskaber
• Mekaniske og elastiske egenskaber af bløde materialer, herunder gummier
• Komplekse og strukturerede væsker
• Kolloide suspensioner
• Opløsninger af polymerer og geler; faseomdannelser i blandinger
• Flydende krystaller og nematiske faser
• Selv-organisering af bløde materialer
• Praktiske eksempler på legeringer af metaller og halvledere
• Praktiske eksempler på glasser og visko-elastiske væsker

Litteratur

• Elliott: Physics and Chemistry of Solids.
• Doi: Soft matter physics.

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

Forudsætningsprøver
Ingen.

Eksamen- og censurform:

1. Mundtlig eksamen. Ekstern censur med karakter efter 7-trinsskalaen. (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: 60 timer
Træningsfase: 40 timer, heraf:
 - Eksaminatorie: 40 timer

Aktiviteter i studiefasen

Undervisningsform
Aktiviteter i studiefasen:

• Selvstudium af lærebogen og noter
• Skriftlige opgaver
• Arbejde med ca 16 projekter der indebærer skriftlig besvarelse og forberedelse af en mundtlig fremlægning af de stillede emneområder
• Selvstændig opsamling på intro og træningsfasen
• Forberedelse til eksamen

Sprog
Dette kursus undervises på dansk eller engelsk, afhængigt af underviseren.

Kursustilmelding
Se tilmeldingsfrister.

Pris for åben uddannelse
Se priser for enkeltkurser.

Denne kursusbeskrivelse var gyldig fra 1. september 2016 til 31. august 2018.