NFYA05062U Kvantefænomener i nanosystemer (Nano3)
Quantum Phenomena in Nano Systems (Nano3)
Bacheloruddannelsen i nanoscience
Målet med kurset er at give de studerende en introduktion til
eksperimentel nanoelektronik og dermed forståelse for
kvantefænomener og elektron-transport i nanosystemer. Kurset
integrerer teori og eksperiment og er rettet specifikt mod
studerende i Nanoscience (bachelor).
Med udgangspunkt i det forudgående kursus i kvantemekanik gives den
nødvendige teoretiske baggrund i faststoffysik. Der lægges særlig
vægt på den frie elektron model og båndstruktur. Den frie elektron
model anvendt på mesoskopiske systemer gennemgås og specielt
udledes transmissions formalismen, der er central for forståelsen
af kvantefænomener og elektron-transport i nanosystemer. Nogle
vigtige emner er desuden kvantiseret ledningsevne, Hall effekt,
Coulomb blokade og enkelt elektron transistorer (quantum dots),
samt materialer (fx halvledere og kulstof nanorør). Regneøvelser
illustrerer teorien.
Eksperimentel del: Der gennemføres et antal øvelser á 2-4 timers varighed. I visse tilfælde kan udleverede data erstatte en eksperimentel øvelse. Øvelserne kan for eksempel omhandle:
A) Fremstilling af en nanokomponent: Brugen af rent rum til
fremstilling af mikrokredsløb ved fotolitografi.
B) De fremstillede prøver kan danne udgangspunkt for målinger ved
flydende helium temperatur (4.2 K), hvor
ladningsbærerkoncentrationen bestemmes ved to forskellige metoder:
Hall effekt og Shubnikov-de Haas oscillationer.
C) Måling af kvantiseret ledningsevne i en 1-dimensionel leder.
D) Elektrisk målinger af enkelt elektron transport gennem en
såkaldt kvanteø. Komponten vil være fremstillet af et kulstof
nanorør eller halvleder nanotråd. Øvelserne dokumenteres med
rapporter, som danner udgangspunkt for den mundtlige eksamination.
E) Introduktion til elektriske målinger, instrumenter, kredsløb og
data opsamling.
(ikke alle øvelser fra ovenstående liste vil nødvendigvis gennemføres).
Færdigheder
- redegøre for hvorfor elektriske målinger i nanosystemer kan være forskellige fra dagligdags (makroskopiske) elektriske komponenter
- redegøre for faste stoffers båndstruktur, herunder forskellen på metaller, halvledere og isolatorer
- redegøre for hvordan nanokomponenters dimensionalitet kan påvirke deres elektriske egenskaber
- anvende simple forsøgsopstillinger til måling af nanokomponenter
- kende til lav-temperatur teknik for måling af nanokomponenter
- demonstrere teoretisk forståelse af udvalgte kvantefænomener indenfor elektron transport i nanosystemer
- udføre simple, illustrative beregninger til kvantitativ beskrivelse af disse fænomener
- beskrive fremstilling af udvalgte elektriske nanokomponenter
- beskrive og begrunde udførelsen af de udførte eksperimenter
- anvende teorien på eksperimentelle data, herunder tolkning af de i øvelserne opnåede resultater
- reproducere (kvalitativt) grafer som gengiver typiske eksperimentelle data, samt beskrive tendenser og karakteristika i graferne
- relatere og/eller differentiere mellem de i kurset og øvelserne behandlede kvantefænomener samt at kunne redegøre for forskelle/ligheder mellem eksperimentelle målinger og ideelle teoretiske fænomener
- formulere en korrekt og forståelig rapport for hvert af de udførte eksperimenter, herunder udvælge og præsentere den mest relevante information indenfor rammerne af rapportens omfang.
Viden
Efter kurset er det målet at de studerende har kendskab til
fremstilling af nanokomponenter og typiske elektriske
måleteknikker, samt kan gøre rede for den grundlæggende teori for
nanokomponenternes kvantemekaniske egenskaber og de observerede
fænomener.
Kompetencer
Kurset giver den studerende kompetence til at kunne tilegne sig
yderligere viden inden for emnet, f.eks. ved at følge videregående
kurser inden for kvantefysikken.
Gennem kursets eksperimentelle del trænes den studerende i
udførelse af forsøg, at tolke og præsentere data, samt får belyst
forskelle/ligheder for fænomenerne mellem teori og
praksis.
Materiale og noter forberedes af underviserne. Kursushjemmesiden giver information vedr. distribution og salg af dette.
- Kategori
- Timer
- Eksamen
- 0,5
- Forberedelse
- 147,5
- Forelæsninger
- 20
- Praktiske øvelser
- 18
- Teoretiske øvelser
- 20
- I alt
- 206,0
Som meritstuderende - klik her!
Som enkeltfags-studerende (efter- og videreuddannelse) - klik
her!
- Point
- 7,5 ECTS
- Prøveform
- Mundtlig prøve, 20 minRapporterne over laboratorieøvelserne er udgangspunkt for en fremlæggelse ved den mundtlige eksamen.
Ved den mundtlige prøve eksamineres også i kursets teoretiske stof.
Der laves en samlet bedømmelse af fremlæggelsen af rapporterne og den øvrige eksamination. - Krav til indstilling til eksamen
Godkendelse af alle øvelsesrapporter er en forudsætning for at gå til den mundtlige eksamen.
- Bedømmelsesform
- 7-trins skala
- Censurform
- Ingen ekstern censur
Flere interne bedømmere
- Reeksamen
Der kan ikke ses bort fra krav om eksperimentel deltagelse. Studerende der ikke opfylder kravet skal følge kurset igen.
Hvis den studerende har deltaget, men ikke fået godkendt logbøger, kan nye logbøger afleveres senest 2 uger før reeksamen.
Kriterier for bedømmelse
Se målbeskrivelse
Kursusinformation
- Sprog
- Dansk
- Kursuskode
- NFYA05062U
- Point
- 7,5 ECTS
- Niveau
- Bachelor
- Varighed
- 1 blok
- Placering
- Blok 3
- Skemagruppe
- C
- Kursuskapacitet
- ingen begrænsning
- Efter- og videreuddannelse
- Studienævn
- Studienævn for Fysik, Kemi og Nanoscience
Udbydende institut
- Niels Bohr Institutet
Udbydende fakultet
- Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet
Kursusansvarlige
- Thomas Sand Jespersen (tsand@nbi.ku.dk)