FY543: Kondenserede stoffers fysik

Det Naturvidenskabelige Studienævn

Undervisningssprog: På dansk eller engelsk afhængigt af underviser, men engelsk ved internationale studerende
EKA: N500044102
Censur: Ekstern prøve
Bedømmelse: 7-trinsskala
Udbudssteder: Odense
Udbudsterminer: Efterår
Niveau: Bachelor

STADS ID (UVA): N500044101
ECTS-point: 10

Godkendelsesdato: 12-05-2020


Varighed: 1 semester

Version: Godkendt - aktiv

Kommentar

Dele af kurset samlæses med FY548: Faststoffysik (5 ECTS). Man kan derfor ikke tilmelde sig kurset FY548, hvis man er tilmeldt FY543.

Kurset FY543 er identisk med det tidligere kursus med titlen FY508 Fysik af Kondenserede stoffer (UVA N500005101). Dette betyder, at hvis du tidligere har aflagt eksamensforsøg i FY508, vil disse forsøg automatisk blive overført til FY543. 

Indgangskrav

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

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 Elektromagnetisme (FY534), Videregående mekanik og relativitetsteori (FY546) / (gl. studieordning: Klassisk fysik (FY504)), Kvantemekanik I og II (FY544 og FY547) / (gl. studieordning: Indledende kvantemekanik I og II (FY521 og FY522)), Termisk fysik I (FY523) og Statistisk fysik (FY550) / (gl. studieordning: Termisk fysik II (FY524)) og giver et fagligt grundlag for at studere emnerne i Videregående statistisk fysik (FY828) og skrivning af bachelorprojekt 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 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.

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
  • 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

Litteratur

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

Eksamensbestemmelser

Eksamenselement a)

Tidsmæssig placering

Januar

Udprøvninger

Mundtlig eksamen

EKA

N500044102

Censur

Ekstern prøve

Bedømmelse

7-trinsskala

Identifikation

Studiekort

Sprog

Følger, som udgangspunkt, undervisningssprog

Hjælpemidler

Oplyses på kurset

ECTS-point

10

Uddybende information

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

Vejledende antal undervisningstimer

100 timer per semester

Undervisningsform

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

Ansvarlig underviser

Navn E-mail Institut
Sven Tougaard svt@sdu.dk Institut for Fysik, Kemi og Farmaci

Yderligere undervisere

Navn E-mail Institut By
Carsten Svaneborg zqex@sdu.dk Institut for Fysik, Kemi og Farmaci

Skemaoplysninger

Administrationsenhed

Fysik, kemi og Farmaci

Team hos Registrering & Legalitet

NAT

Anbefalede studieforløb

Profil Program Semester Periode
Ikke længere gældende KA sidefag i Fysik for centralfag i Matematik - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
Ikke længere gældende pr. 31.august 2021 - KA sidefag i fysik for centralfag i kemi - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
Ikke længere gældende pr. 31.august 2021: KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
KA sidefag i Fysik for centralfag i Matematik - optag 1. september 2017 og 2018 Kandidat i fysik | Odense 3 E20
KA sidefag i Fysik for centralfag i Matematik - optag 1. september 2018 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
KA sidefag i Fysik for centralfag i Matematik - optag 1. september 2019 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
KA sidefag i Fysik for centralfag i Matematik - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 3 E20
KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2019 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
KA sidefag i Fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 3 E20
KA sidefag i fysik for centralfag i kemi - optag 1. september 2019 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
KA sidefag i fysik for centralfag i kemi - optag 1. september 2019 og 2020 Kandidat i fysik | Odense 3 E20
KA sidefag i fysik for centralfag inden for naturvidenskab - optag 1. september 2017 og 2018 Kandidat i fysik | Odense 3 E20
KA sidefag i fysik for centralfag inden for naturvidenskab - optag 1. september 2018 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
KA sidefag i fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2018 Kandidat i fysik | Odense 3 E21
KA sidefag i fysik for centralfag uden for naturvidenskab (75 ECTS) - optag 1. september 2018 Kandidat i fysik | Odense 3 E20
BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2017 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 5 E20
BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2018 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 5 E21
BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2018 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 5 E20
BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2019 og 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 5 E20
BA Sidefag i datalogi for central fag i fysik - optag 1. september 2016 og 2017 Bachelor i datalogi | Odense 5 E20
BA Sidefag i datalogi for centralfag fysik - optag 1. september 2018 Bachelor i datalogi | Odense 5 E21
BA Sidefag i datalogi for centralfag fysik - optag 1. september 2018, 2019 og 2020 Bachelor i datalogi | Odense 5 E20
BA Sidefag i matematik for centralt fag i fysik - optag 1. september 2016 Bachelor i matematik og [sidefag] | Odense 5 E20
BA Sidefag i matematik for centralt fag i fysik - optag 1. september 2017 Bachelor i matematik og [sidefag] | Odense 5 E20
BA Sidefag i matematik for centralt fag i fysik - optag 1. september 2018 Bachelor i matematik og [sidefag] | Odense 5 E21
BA Sidefag i matematik for centralt fag i fysik - optag 1. september 2018, 2019 og 2020 Bachelor i matematik og [sidefag] | Odense 5 E20
Ikke længere gældende per 31. august 2021 - BA Sidefag i matematik for centralt fag i fysik - optag 1. september 2018, 2019 og 2020 Bachelor i matematik og [sidefag] | Odense 5 E21
Ikke længere gældende per. 31. august 2021: BA Sidefag i datalogi for centralfag fysik - optag 1. september 2019 og 2020 Bachelor i datalogi | Odense 5 E21
Ikke længere gældende pr. 31.august 2021 - BA Centralt fag i fysik et-faglig - optag 1. september 2019 og 2020 Bachelor i fysik | Odense | Bachelor i fysik | Odense 5 E21