FY543: Kondenserede stoffers fysik

Samlæses med dele af FY532: Fysik af Kondenserede stoffer I (5 ECTS).

Kurset er identisk med tidligere kursus med titlen FY508 (UVA N500005101). Dette betyder, at hvis du tidligere har aflagt eksamensforsøg vil disse forsøg automatisk blive overført til dette nye kursus.

Kurset kan ikke følges af studerende, der har bestået hele FY508.

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.

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 og FY506 eller FY534, 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

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 bløde materialers fænomenologi herunder
  polymerer, surfaktanter, kolloider, og flydende krystaller
• forklare relationen makroskopiske materialers
  egenskaber og molekylære/mesoskopske strukturer
• beskrive statistisk mekaniske modeller af bløde
  materialer
• anvende statistisk mekaniske teorier til at
  forudsige materiale egenskaber.

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
• Karakteristiske materialeegenskaber for bløde
  materialer.
• Themodynamisk beskrivelse af blandinger og
  forudsigelse af fase diagrammer
• Polymer fysik og statistisk mekaniske modeller
  for polymere
• Kontinuum elasticitetsteori stress og strain
  tensorer
• Overflade spænding, wetting, og overfladeaktive
  molekyler
• Self-assembly af surfaktanter og miceller
• Dispersions vekselvirkninger mellem kolloide
  partikler, og stabilitet af kolloide opløsninger
• Maier-Saupe og Onsager teori for flydende
  krystaller
• Karakterisering af bløde materialer via
  spredningsteknikker
• Karakterisering af bløde materialer via
  rheologiske teknikker

Elliott: Physics and Chemistry of Solids.
Doi: Soft matter physics.
Se BlackBoard for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

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

• Introfase (forelæsning, holdtimer) - Antal timer: 60
• træningsfase: Antal timer: 40, heraf 40 timer eksaminatorie