Titulació | Tipus | Curs | Semestre |
---|---|---|---|
2501922 Nanociència i Nanotecnologia | OB | 3 | 1 |
Es recomanable haver aprovat les assignatures “Enllaç Químic i Estructura de la Matèria”, “Mecànica i Ones” i “Física Clàssica”.
Adquisició de coneixements bàsics de Mecànica Quàntica i de la seva aplicació per simular i analitzar les propietats de la matèria a l’escala nanomètrica. El curs està organitzat en tres unitats. A la primera s’introdueixen els fonaments de la descripció quàntica de la matèria. Una segona unitat desenvolupa, introduint aproximacions, aquests fonaments per a convertir-los en una potent maquinària per al càlcul. En la tercera part es mostren les seves aplicacions en la simulació de sistemes nanoscòpics.
I. Fonaments
1.1 Introducció històrica
1.2 Model de Bohr
1.3 Dualitat ona-partícula
1.4 Elements de matemàtiques
1.5 Postulats de la Mecànica Quàntica
1.6 Principi d'Incertesa de Hesienberg
1.7 Aplicació a sistemes amb solució analítica
1.8 Partícula en una caixa
1.9 Oscil·lador harmònic
1.10 Rotor rígid
1.11 Àtom d'hidrogen
1.12 Moment angular
1.13 Orbitals atòmics
1.14 Spin
II. Maquinària
2.1 Àtoms polielectrònics (l'àtom d'heli)
2.2 Antisimetria: Principi de Pauli
2.3 Determinants de Slater
2.4 Mètodes aproximats: Teoria de Variacions i Teoria de Pertorbacions
2.5 Estructura electrònica molecular
2.6 Aproximació de Born-Oppenheimer
2.7 Aproximació d'Orbitals Moleculars (OM)
2.8 El mètode autoconsistent de Hartree-Fock (HF-SCF)
2.9 Bases d'orbitals atòmics
2.10 Correlació electrònica
2.11 Mes enllà del mètode Hartree-Fock: mètodes post-HF
2.12 Teoria del Funcional de la Densitat (DFT)
2.13 Funcionals de bescanvi-correlació
2.14 Errors i precisió en química computacional
III. Aplicacions
3.1 Aplicacions de la Mecànica Quàntica.Jerarquia de mètodes teòrics
3.2 Simulacions com experiments computacionals. Teories i models. Nivells de càlcul
3.3 Estructures i reaccions: Superficies d'Energia Potencial. Optimització de la geometria. Càlcul de propietats moleculars
3.4 Simulació de sistemes complexos
Simulacions com experiments computacionals.- Teories i models.- Nivells de càlcul.
Estructures i reacciones: Superfícies d’energia potencial.- Optimitzacions de geometria.- Càlcul de propietats moleculars.
Sistemes complexos.
Classes pràctiques
Sessió 1. Estructura electrònica. Mètode Hartree-Fock. Correlació electrònica. Mètodes DFT.
Sessió 2. Optimització de geometria. Determinació de propietats moleculars.
Sessió 3. Superfícies d’energia potencial. Mínims. Energies d’enllaç, assemblatge i reacció.
Sessió 4. Superfícies d’energia potencial. Estats de Transició. Simulació de reaccions químiques.
Classes de teoria
El professor/a explicarà el contingut del programa amb suport audiovisual. Es disposarà de material de suport per als alumnes al Campus Virtual.
Classes de problemes
Les classes de problemes serviran per consolidar i veure’n com es porten a la pràctica els coneixements adquirits en les classes de teoria. S’aniran intercalant amb les classes de teoria per reforçar-ne aspectes determinats o en acabar les unitats temàtiques. Els alumnes disposaran dels enunciats dels exercicis que hauran d'anar resolent al llarg del curs. El plantejament/resolució dels exercicis es farà a les classes de problemes sota la direcció del professor.
Sessions de pràctiques
Les sessions pràctiques (Laboratori Computacional) es duran a terme a l’aula informàtica. Els alumnes utilitzaran programes de càlcul que apliquen la metodologia de la Mecànica Quàntica per estudiar l’estructura i evolució de sistemes nanoscòpics.
Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
---|---|---|---|
Tipus: Dirigides | |||
Classes de problemes | 10 | 0,4 | 1, 3, 11, 17, 18, 20, 21, 22, 23 |
Classes de teoria | 28 | 1,12 | 3, 11, 17, 18, 20, 21 |
Sessions de pràctiques | 12 | 0,48 | 2, 4, 5, 7, 15, 23, 25 |
Tipus: Supervisades | |||
Presentació oral | 4 | 0,16 | 1, 2, 5, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 15, 16, 19, 22 |
Tipus: Autònomes | |||
Estudi | 68 | 2,72 | 3, 4, 11, 14, 15, 17, 18, 20, 21, 22 |
Exàmens escrits: Suposaran el 70% de la nota. Es programaran dos exàmens parcials al llarg del curs i un examen de recuperació). Els dos exàmens parcials tenen el mateix pes (35%). Cal tenir una nota igual o superior a 4 (sobre 10) a cada parcial per poder aprovar l’assignatura sense anar a l’examen de recuperació. En cas de no haver arribat a una nota de 4 a un o els dos parcials caldrà fer l’examen de recuperació. Aquest exàmen és nomes per a recuperació i comprèn tota la matèria del curs. Per poder participar a l'exàmen de recuperació serà obligatori haver fet, com a mínim, un dels dos exàmens parcials, a més de les pràctiques i la presentació oral. Caldrà obtenir un mínim de 4 punts (sobre 10) a l'exàmen de recuperació per poder aprovar l’assignatura. Podran optar a la la qualificació de "Matrícula d'Honor" els alumnes que hagin obtingut una nota igual o superior a 8 als dos examens parcials.
Pràctiques: Suposaran el 15% de la nota. Els alumnes hauran de contestar les preguntes formulades en els guions de les pràctiques. L’assistència a les sessions de pràctiques i la presentació dels informes es obligatori.
Presentació oral d’un article: Suposarà el 15% de la nota. Cap al final del curs els alumnes realitzaran per grups un treball consistent en cercar, a les revistes de més impacte del camp de les Nanociències, i exposar-ho publicament a tota la classe, un article recent en el que els càlculs quàntics siguin una part important dels resultats. Cada grup disposarà d’un temps de presentació i hi haurà també un torn de preguntes. La presentació oral es obligatòria.
Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
---|---|---|---|---|
Examens escrits (parcials o recuperació) | 70% | 8 | 0,32 | 2, 3, 5, 6, 11, 15, 17, 18, 20, 21, 22, 23 |
Informes de pràctiques | 15% | 10 | 0,4 | 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 13, 17, 18, 20, 21, 22, 23, 24, 25 |
Presentació oral d'un article | 15% | 10 | 0,4 | 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 |
“Quantum Chemistry” sixth edition, Ira N. Levine, Prentice Hall, 2009. ISBN: 978-0136131069. Existeix una versió espanyola de la cinquena edició.
“Molecular Quantum Mechanics” fourth edition, Peter Atkins, Ronald Friedman, Oxford University Press, 2005. ISBN 019-927498-3.
“Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models”, second edition, Christopher J. Cramer, Wiley, 2004. ISBN: 0 470 09181 9.
“Química Cuántica”, Joan Bertran, Vicenç Branchadell, Miquel Moreno, Mariona Sodupe, Editorial Síntesis, 2000. ISBN: 84 7738 742 7.
“Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods”, Richard M. Martin, Cambridge University Press, 2004. ISBN: 0 521 78285 6
"Computational Chemistry", Jeremy Harvey,Oxford University Press, 2018, ISBN: 9780198755500
“Absolutely Small”, Michael D. Fayer, McGraw-Hill 2010. ISBN: 978-0814414880.
Jeffrey C Grossman; Elif Ertekin (2008), "Overview of Computational Nanoscience: a UC Berkeley Course," http://nanohub.org/resources/3944.