Titulación | Tipo | Curso | Semestre |
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2501922 Nanociencia y Nanotecnología | OB | 3 | 2 |
Es recomendable haber aprobado la asignatura "Fenómenos Cuánticos I"
Adquisición de conocimientos básicos de Mecánica Cuántica complementarios de los impartidos en la asignatura de Fenómenos Cuánticos I, y de su aplicación a fenómenos específicos y propiedades de la materia en la nanoescala.
El curso está organizado en seis unidades: En la primera unidad se pone énfasis y amplían algunos temas abordados en la asignatura de Fenómenos Cuánticos I. La segunda trata de los estados electrónicos atómicos y el momento
magnético de los electrones. En la tercera unidad se estudia el efecto Zeeman, el momento magnético nuclear y la resonancia magnética. En la cuarta unidad se hace una breve introducción a las estadísticas y estudio de la
densidad de estados y su ocupación. La quinta unidad aborda el estudio de pozos y barreras de potencial cuadrados, y aplicaciones a la nanociencia. Se cierra la asignatura con el estudio de los pozos de potencial triangulares y
parabólicos, y una breve introducción a las barreras parabólicas e hiperbólicas, con aplicaciones en la nanociencia.
La asignatura ayuda al alumno a tener unos conocimientos sólidos de fundamentos de Mecánica Cuántica y se dan ejemplos de los conocimientos adquiridos de interés en el ámbito de la nanoescala.
- Énfasis y aplicaciones de algunos temas tratados en FQI.
Ecuación de Schrödinger en 1D y 3D. El momento angular más allá de los armónicos esféricos: el espín. El átomo de hidrógeno revisado. Estructuras fina e hiperfina. Solución del hamiltoniano: notación matricial.
Teoría de la perturbación estacionaria (síntesis).
- Momento magnético. Los átomos multielectrónicos.
Momento magnético en física clásica. Relación entre el momento magnético orbital y el momento angular orbital: diamagnetismo. Momento magnético permanente: paramagnetismo. Teorema general de precesión. Estados multielectrónicos: momento angular. Breve resumen de la solución de la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno. Acoplamiento Russell-Saunders. Las reglas de Hund. Interacción de intercambio. Acoplamiento espín-órbita. Efecto del campo cristalino sobre moléculas y sólidos. Momento magnético permanente. Momento magnético asociado al momento orbital electrónico. Espín electrónico: momento magnético asociado. Acoplamiento espín-órbita: momento magnético asociado. El paramagnetismo atómico.Efecto Zeeman.
- Funciones de distribución y densidad de estados.
Longitudes características en sistemas nanoscópicos. Pozos cuánticos, hilos cuánticos y puntos cuánticos. Dimensionalidad y niveles de energía. El modelo de electrones libres de Sommerfeld. Ondas viajeras: las condiciones de contorno de Born-von Kárman. Densidad de estados (DOS); Nivel de Fermi. DOS en 3D en el modelo de Sommerfeld. Nivel de Fermi. DOS en 3D para ondas viajeras. DOS en 2D y 1D. Distribuciones estadísticas. Distribución de Maxwell-Boltzmann. Distribución de Bose-Einstein. Distribución de Fermi-Dirac; algunas consideraciones Ocupación de los niveles de energía. Función de Fermi-Dirac y propiedades físicas.
- Pozos y barreras de potencial cuadrados: aplicaciones a la nanociencia.
Pozo de potencial cuadrado, finito y simétrico en 1D. Barrera de potencial cuadrada en 1D; efecto túnel. Escalón cuadrado potencial en 1D. Nanoestructuras físicas y dimensionalidad. Estructuras fundamentales de dispositivos electrónicos. Bandas de energía en semiconductores 3D. Dispersión de bandas de energía en semiconductores 3D. Pozos de potencial en semiconductores; El MODFET. Doble barrera de potencial; El diodo de túnel resonante. Múltipozos cuánticos; Fotodetectores IR. Superredes.
- Pozos triangulares y parabólicos: aplicaciones a la nanociencia.
Pozo cuántico triangular en 1D. Sistemas 2DEG; El MOSFET. Pozo de potencial cuadrado en un campo eléctrico aplicado; moduladores. Pozo cuántico parabólico en 1D; el oscilador armónico. Vibraciones atómicas de moléculas diatómicas. Efecto de un campo magnético sobre un gas de electrones. Campo magnético en un sistema 2D: niveles de Landau y densidad de estados. Ampliación a sistemas 3D. Aplicaciones. Barrera cuántica hiperbólica:desintegración alfa. Barrera cuántica parabólica. Aplicaciones: reacciones químicas y bioquímicas.
Clases de teoría
El professor/a explicará el contenido del programa en soporte audiovisual. Se dispondrá de material de soporte para librar a los alumnos.
Clases de problemas
Las clases de problemas servirán para consolidar y ver somo se lleva a la práctica los conocimientos adquiridos en las clases de teoría. Se irán intercalando con las clases de teoría para refporzar aspectos determinados, o bién se arán al finalizar cada una de las unidades temáticas. Parte de los problemas los resolverá el prfesor. Por otro lado, los alumnos dispondrán de los enunciados de los ejercicios que tendrán que ir resolviendo a lo largo del curso. El planteamiento/solución de los ejercicios se hará en clases de problemas bajo la dirección del profesor. Los alumnos resolverán y expondrán en clase los problemas no resueltos por el profesor.
Actividades dirigidas
Resolución de problema en clase y en grupo con interacción con el profesor
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.
Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
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Tipo: Dirigidas | |||
Clases de problemas | 16 | 0,64 | 3, 2, 4, 9, 5, 7, 8, 11, 13, 14, 16, 18, 19, 20 |
Clases de teoría | 30 | 1,2 | 3, 2, 4, 6, 7, 8, 11, 13, 14, 17, 18, 23 |
resolucion de problemas en grupo | 8 | 0,32 | 1, 3, 2, 4, 9, 14, 18, 19, 20, 22, 23 |
Tipo: Supervisadas | |||
Presentaciones orales | 6 | 0,24 | 1, 3, 2, 9, 5, 7, 8, 15, 10, 11, 12, 18, 20, 24 |
Resolución de problemas | 6 | 0,24 | 2, 6, 7, 13, 14, 18, 19, 20, 21, 22, 23 |
Tipo: Autónomas | |||
Estudio | 68 | 2,72 | 1, 3, 4, 9, 8, 15, 10, 12, 13, 14, 19, 21, 24 |
Exámenes escritos:
Supondrán el 75% de la nota. Se programarán dos exámenes parciales a lo largo del curso y un examen final. Los dos exámenes parciales tienen el mismo peso (35%). Si se han aprobado los dos exámenes parciales no será necesario presentarse al examen final. En caso de no haber aprobado uno o los dos parciales habrá que hacer el examen final. Es obligatorio aprobar esta parte para aprobar la asignatura.
En caso de que los alumnos no resuelvan problemas en grupo ni entreguen las actividades complementarias, los dos exámenes escritos supondrán el 100% de la nota.
Problemas resueltos:
Supondrán el 15% de la nota. Los alumnos deberán entregar al profesor un documento con los problemas resueltos, y exponerlos a clase. La resolución de los problemas, entrega de los documentos correspondientes y exposición en clase son obligatorios para aprobar la asignatura.
Actividades dirigidas
Supondran el 15 % de la nota de la asignatura.
Examen de recuperació: Per tal de fer la recuperació l'alumne ha de presentar-se a la part que no hagi superat el 4. També es pot presentar qualsevol alumne a pujar nota. La nota que obtingui en l'examen de recuperació serà la nota que servirà per fer promig amb les altres activitats avaluables.
Examen de recuperación:
Para hacer la recuperación el alumno tiene que presentarse a la parte que no hay superado el 4. Cualquier alumno puede presentarse a subir nota, pero la nota que saque en el examen de recuperación será la nota con la que se hará media para obtener la calificación final del curso.
Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
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Exámenes escritos (parciales y final) | 70% | 8 | 0,32 | 3, 2, 9, 5, 6, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 22, 23 |
Problemas resueltos | 15% | 2 | 0,08 | 1, 3, 4, 9, 5, 8, 15, 10, 12, 13, 14, 20, 21, 24 |
Trabajos, lecturas, actividades varias | 15% | 6 | 0,24 | 1, 3, 4, 9, 5, 8, 15, 10, 11, 12, 13, 14, 21, 24 |
No hay un texto básico de referencia. Se utilizará el pdf de las seis unidades del curso con el desarrollo de los contenidos (tanto de teoría como de problemas) que el profesor entrega a los alumnos (en el Campus Virtual). Algunas referencias se
encuentran puntualmente en el interior de los pdfs.
Se utilizan herramientas infromáticas básicas basadas en windows para presentar documentos tipo ppt, pdf o word.