Física de Nanomateriales
Código: 100184 Créditos ECTS: 6| Titulación | Tipo | Curso | Semestre |
|---|---|---|---|
| 2500097 Física | OT | 4 | 2 |
Contacto
- Nombre:
- Marta Gonzalez Silveira
- Correo electrónico:
- marta.gonzalez@uab.cat
Uso de idiomas
- Lengua vehicular mayoritaria:
- inglés (eng)
- Algún grupo íntegramente en inglés:
- Sí
- Algún grupo íntegramente en catalán:
- No
- Algún grupo íntegramente en español:
- No
Equipo docente
- Cristian Rodriguez Tinoco
- Marta Rodríguez López
- Marta Gonzalez Silveira
Prerequisitos
Es recomendable, aunque no imprescindible, haber cursado Física del Estado Sólido.
Objetivos y contextualización
El objectivo de esta asignatura es proporcionar los fundamentos que permitan al estudiante entender cómo varían las propiedades físicas (electrónicas, ópticas, térmicas, magnéticas y de transporte) de los materiales en la escala nanométrica.
Competencias
- Actuar con responsabilidad ética y con respeto por los derechos y deberes fundamentales, la diversidad y los valores democráticos.
- Actuar en el ámbito de conocimiento propio valorando el impacto social, económico y medioambiental.
- Aplicar los principios fundamentales al estudio cualitativo y cuantitativo de las diferentes áreas particulares de la física.
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Conocer las bases de algunos temas avanzados, incluyendo desarrollos actuales en la frontera de la Física, sobre los que poder formarse posteriormente con mayor profundidad.
- Formular y abordar problemas físicos identificando los principios más relevantes y usando aproximaciones, si fuera necesario, para llegar a una solución que debe ser presentada explicitando hipótesis y aproximaciones.
- Introducir cambios en los métodos y los procesos del ámbito de conocimiento para dar respuestas innovadoras a las necesidades y demandas de la sociedad.
- Planear y realizar, usando los métodos apropiados, un estudio o investigación teórico e interpretar y presentar los resultados.
- Planear y realizar, usando los métodos apropiados, un estudio, medida o investigación experimental e interpretar y presentar los resultados.
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Realizar trabajos académicos de forma independiente usando bibliografía, especialmente en inglés, bases de datos y colaborando con otros profesionales.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Trabajar en grupo, asumiendo responsabilidades compartidas e interaccionando profesional y constructivamente con otros con absoluto respeto a sus derechos.
- Usar las matemáticas para describir el mundo físico, seleccionando las herramientas apropiadas, construyendo modelos adecuados, interpretando resultados y comparando críticamente con la experimentación y la observación.
Resultados de aprendizaje
- Calcular diagramas de bandas en sistemas de baja dimensionalidad.
- Calcular la absorción y emisión de luz en nanopartículas semiconductoras.
- Calcular y analizar las características del gas de electrones bidimensional.
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Correlacionar las modificaciones de las propiedades físicas en la nanoescala con el desarrollo de nuevos dispositivos.
- Explicar el codi deontològic, explícit o implícit, de l`àmbit de coneixement propi.
- Identificar la importancia de la dimensionalidad en las propiedades electrónicas, térmicas, ópticas, magnéticas y de transporte en los materiales.
- Identificar las implicaciones sociales, económicas y medioambientales de las actividades académico- profesionales del ámbito de conocimiento propio.
- Identificar las modificaciones de las propiedades físicas al disminuir el tamaño a la escala nanométrica.
- Identificar los principios básicos del transporte electrónico y fonónico para su posterior aplicación en sistemas avanzados de baja dimensionalidad.
- Identificar situaciones que necesitan un cambio o mejora.
- Interpretar la simplificación de las ecuaciones de transporte en el límite balístico.
- Medir la luminiscencia de puntos cuánticos semiconductores.
- Obtener modelos simplificados de bandas de energía para describir el comportamiento electrónico de sólidos de baja dimensionalidad.
- Profundizar en la descripción de la interacción radiación-materia en sistemas nanométricos.
- Racionalizar los resultados obtenidos en el laboratorio en relación a los fenómenos físicos observados considerando la influencia de la dimensionalidad en las medidas experimentales.
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Realizar trabajos académicos de forma independiente usando bibliografía, especialmente en inglés, bases de datos y colaborando con otros profesionales.
- Relacionar la dimensionalidad con las dimensiones características de las partículas en la nanoescala.
- Simular las propiedades de transporte mediante analogías con circuitos electrónicos.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Trabajar en grupo, asumiendo responsabilidades compartidas e interaccionando profesional y constructivamente con otros con absoluto respeto a sus derechos.
- Utilizar el cálculo en una y varias variables, las ecuaciones diferenciales y el cálculo matricial en el estudio de las propiedades físicas de los nanomateriales.
- Utilizar el formulismo de Landauer para describir el transporte balístico.
Contenido
1. Métodos de obtención de NANOCRISTALES y MATERIALES NANOCRISTALINOS
1.1. Nucleación y Crecimiento
1.2 A partir de fase vapor
1.3. A partir de fase líquida
1.4. A partir de fase sólida
2. Efectos de TAMAÑO en las propiedades físicas.
2.1 Propiedades electrónicas: Confinamiento en 1,2,3 dimensiones
2.1.1. Red lineal o circular de átoms de carbono.
2.1.2. Partículas en pozos de potencial quadrados.
2.1.3. Estructura de bandas y densidad de estados en función de la dimensionalidad.
2.1.4. Confinamiento en presencia de un campo eléctrico: pozo de potencial triangular.
2.1.5. Confinamiento en presencia de un campo magnético: pozo de potencial parabólico.
2.1.5.1. Niveles de Landau. Efecto Hall quántico.
2.2. Propiedades de transporte electrónico
2.2.1 Transporte balístico: Formulismo de Landauer
2.2.2. Transporte túnel: Función escalón. Barrera cuadrada. Corrient en 1D. Efecto túnel resonante. Tunnelling en heteroestructuras.
2.2.3 Aplicaciones: Dispositivos electrónicos y magnéticos basados en heterostructuras.
2.3.Propiedades ópticas
2.3.1 Excitones: interacciones coulombianas.
2.3.2 Emisión y absorción de luz(interbanda, intrabanda).
2.3.3 Aplicaciones tecnológicas
2.4. Propiedades térmicas
2.4.1 Capacidad calorífica
2.4.2 Temperatura y entalpía de fusión en nanopartículas metálicas y semiconductoras.
2.4.3 Ejemplos y Aplicaciones tecnológicas.
2.4.4 Transporte térmico.
2.4.5 Efectos Seebeck y Peltier
Prácticas de laboratorio
- Influencia del tamaño sobre la emisión de luz en puntos quánticos semiconductores de CdSe.
- Determinación de la curva IV en un díodo túnel resonante.
- Transporte térmico en sistemas bidimensionales
Metodología
En este curso se ofrece enseñamiento específico, el cuál se llevará a cabo a partir de las actividades formativas descritas a continuación. Las horas de trabajo que se especifican para cada actividad formativa corresponden al alumno promedio. Naturalmente, no todos los alumnos necesitan el mismo tiempo para aprender conceptos y realizar determinadas actividades, de manera que la distribución temporal hay que entenderla como orientativa. En esta asignatura se intenta potencial la participación activa del estudiante com una herramienta relevante en el aprendizaje.
Actividades formativas dirigidas:
Clases magistrales: clases en las que el profesor de teoría explica los conceptos más relevantes de cada tema. Habitualmente son clases en pizarra aunque también se utiliza el proyector. Los alumnos disponen de los apuntes en el campus virtual con antelación.
Clases de problemas: clases en las que el profesor de problemas explica a los alumnos como resolver los problemas tipo de la asignatura. El profesor resolverá en detalle una lista de problemas seleccionados, y propondrá a los alumnos una lista de problemas que deberán entregarse de forma obligatoria, dado que forman parte de la evaluación de la assignatura.
Clases de discusión: Se recomienda la lectura de artículos científicos relacionados directamente con la temática de la asignatura y se discute su contenido en clase.
Prácticas de laboratorio: Los alumnos realizarán prácticas de laboratorio como una herramienta más de aprendizaje.
Actividades formativas supervisadas:
Tutorías: en las horas de atención a los alumnos, los profesores estarán disponibles para las consultas de los alumnos que tengan dudas sobre cualquiera de los temas del temario.
Activitats formatives autònomes:
Resolución de problemas y entrega de problemas adicionales: el alumno deberá resolver los problemas de la lista que proponen los profesores y los problemas adicionales que pida el profesor de problemas o los que el alumno quiera hacer por su cuenta para preparar mejor la asignatura.
Estudio y preparación de exámenes: Trabajo personal del alumno con el objectivo de adquirir los conceptos teóricos de la asignatura y las habilidades necesarias para la resolución de problemas.
Trabajos: de manera opcional los estudiantes pueden hacer trabajos que requieren de un nivel de programación adecuado para resolver problemas relacionados con temas de la asignatura.
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Actividades
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Tipo: Dirigidas | |||
| Clases de discusión de artículos científicos | 3 | 0,12 | |
| Clases de problemas | 12 | 0,48 | |
| Clases de teoría | 27 | 1,08 | |
| Laboratorio | 7 | 0,28 | |
| Tipo: Autónomas | |||
| Estudio y preparación de exámenes | 51 | 2,04 | |
| Realización de trabajos | 20 | 0,8 | |
| Resolución de problemas y entrega de problemas adicionales | 17 | 0,68 | |
| Tutorías | 5 | 0,2 |
Evaluación
Resolución de problemas y participación en lecturas: 15 % de la nota final.
Trebajos de prácticas (realización, informe, entrevista): 15 % de la nota final.
Examen1 : 35% de la nota final.
Examen 2: 35% de la nota final
Examen recuperación: 70% nota final (para poder presentarse al examen de recuperación, es necesario haber sido evaluado préviamente de al menos 2/3 de la nota final)
Nota mínima de cada exmen para aprobar los parciales: 3
Actividades de evaluación
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| Entrega de problemas y lectura de actículos | 15% | 0 | 0 | 15, 1, 3, 2, 4, 5, 8, 18, 10, 7, 6, 9, 11, 12, 14, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 24 |
| Examen parcial I | 35% | 2 | 0,08 | 1, 3, 4, 5, 8, 7, 6, 9, 11, 12, 14, 17, 19, 20, 21, 23, 24 |
| Examen parcial II | 30% | 2 | 0,08 | 15, 2, 5, 8, 10, 7, 6, 9, 11, 12, 14, 19, 20, 23, 24 |
| Examen recuperación parciales | 70% | 3 | 0,12 | 15, 1, 3, 2, 4, 5, 8, 10, 7, 6, 9, 11, 12, 14, 17, 19, 20, 21, 23, 24 |
| Prácticas de laboratorio | 15% | 1 | 0,04 | 15, 2, 4, 5, 18, 10, 7, 6, 9, 11, 13, 16, 17, 19, 21, 22, 23, 24 |
Bibliografía
Solid State Physics, N.W.Ashcroft, N.D. Mermin, Saunders College Publishing.
The Physics of Low dimensional semiconductors: An introduction, J.H.Davies, Cambridge University Press, 1997.
Quantum semiconductor structures: Fundamentals and applications , C.Weisbuch, B.Vinter, Academic Press, 1991.
Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, Ed. A. S. Edelstein, R. C. Cammarata, Institute of Physics, 1998.
The atomistic nature of crystal growth, B.Mutaftschiev,... Springer-verlag, 2003.
Software
No se requiere ningún programario específico.