C8400 Kvantová chemie pevných látek, výpočty elektronové struktury

Přírodovědecká fakulta
jaro 2009
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc.
Předpoklady
Absolvování zkoušky z pedmtu Fyzikální chemie.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Pednáška se týká základ teorie a výpot elektronové struktury pevných látek. Nejprve jsou probírány principy a základní vztahy, v další fázi je pozornost vnována moderním metodám výpotu elektronové struktury a jejich aplikací vetn magnetismu, strukturní stability, mechanických vlastností, fázových diagram a mnohoúrovového modelování atomové konfigurace rozlehlých poruch v pevných látkách. Závr pednášky ze zabývá strukturou a vlastnostmi nanokrystalických materiál.
Osnova
  • Pehled základních pojm kvantové fyziky a chemie: vlnová funkce, hustota pravdpodobnosti, Schrödingerova rovnice, analýza jednoduchých kvantových systém. Základy prvoprincipielního pístupu k elektronové struktue pevných látek: Schrödingerova rovnice pro pevnou látku, Born-Oppenheimerova aproximace, teorie funkcionálu hustoty, funkcionál výmnné a korelaní energie, jeho lokální aproximace. Princip metod výpot elektronové struktury a jejich pehled (APW, OPW, LCAO, KKR, LMTO, LAPW, pseudopotenciály, KKR). Blochv teorém, aproximace tsné vazby. Úloha Greenových funkcí v teorii pevných látek, vyjádení lokální hustoty stav a nábojové hustoty pomocí Greenových funkcí. Praktická ukázka výpot elektronové struktury metodou LMTO pro tranzitivní kovy pásová struktura, hustota stav, totální energie, struktury s vyšší energií, polymorfismus kov. Výpoty elektronové struktury neuspoádaných slitin: aproximace koherentního potenciálu, píklady výsledk pro kubické a hexagonální slitiny. Výpoty elektronové struktury povrch a rozhraní: principiální vrstva, povrchová Greenova funkce, píklady výsledk pro povrchy a hranice zrn v tranzitivních kovech. Magnetismus pevných látek: jeho pvod, popis elektronových stav, Heisenbergv a Stonerv model magnetismu. Pehled základních typ magnetického chování látek (dia-, para-, fero- a antiferomagnetismus). Magnetické vlastnosti kovových multivrstev: základní vlastnosti a použití kovových multivrstev, magnetická anizotropie, výmnné interakce mezi vrstvami (interlayer exchange coupling), gigantická magnetorezistence. Význam totální energie pro studium stability a mechanických vlastností materiál: existence struktur s vyšší energií a polymorfismus, modelování konfigurace rozlehlých defekt, teoretická pevnost materiál. Multiscale modelling: od elektronových a atomárních rozmr pes mesoskopickou úrove k mechanice kontinua. Píklad: kehký lom a šíení trhliny. Využití výpot elektronové struktury pro konstrukci fázových diagram kovových systém, metoda CALPHAD. Elektronová struktura a atomová konfigurace nanokrystalických materiál. Píklad struktury nanokrystalického niklu. Úloha výpot elektronové struktury v souasné fyzice a chemii pevných látek a v materiálovém výzkumu.
Literatura
  • ATKINS, P. W. Physical chemistry. 6th ed. Oxford: Oxford University Press, 1998, xvi, 1014. ISBN 0198501013. info
  • ATKINS, P. W. Fyzikálna chémia. 6. vyd. Bratislava: Slovenská technická univerzita v Bratislave, 1999, 308 s. ISBN 80-227-1238-8. info
  • Electronic structure and the properties of solids : the physics of the chemical bond : Elektronnaja struktura i svojstva tverdych tel : fizika chimičeskoj svjazi. T. 2. info
  • SPRINGBORG, Michael. Methods of electronic-structure calculations : from molecules to solids. Chichester: John Wiley & Sons, 2000, x, 501. ISBN 0471979767. info
  • SUTTON, Adrian P. Electronic structure of materials. Oxford: The Clarendon Press, 1993, xv, 260. ISBN 0198517548. info
  • HARRISON, Walter A. Electronic structure and the properties of solids :the physics of the chemical bond. 1st pub. New York: Dover Publications, 1989, xv, 586 s. ISBN 0-486-66021-4. info
  • FORESMAN, J B a A FRISCH. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods. Pittsburgh: Gaussian, Inc., 1996. info
  • Electronic structure and the properties of solids : the physics of the chemical bond (Orig.) : Elektronnaja struktura i svojstva tverdych tel : fizika chimičeskoj svjazi. T. 1. info
Metody hodnocení
Pedmt je zakonen ústní zkouškou. Bhem semestru je vyžadováno samostudium vybraných partií týkajících se elektronové struktury pevných látek. Povinnost navštvovat výuku není stanovena.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.