PřF:C8400 Kvantová chemie pevných látek - Informace o předmětu
C8400 Kvantová chemie pevných látek, výpočty elektronové struktury
Přírodovědecká fakultajaro 2012
- 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.
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta - Předpoklady
- Absolvování zkoušky z předmětu Fyzikální chemie.
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
- Cíle předmětu
- Přednáška se týká základů teorie a výpočtů elektronové struktury pevných látek. Nejprve jsou probírány principy a základní vztahy, v další fázi je pozornost věnována moderním metodám výpočtů elektronové struktury a jejich aplikací včetně magnetismu, strukturní stability, mechanických vlastností, fázových diagramů a mnohoúrovňového modelování atomové konfigurace rozlehlých poruch v pevných látkách. Závěr přednášky se zabývá strukturou a vlastnostmi nanokrystalických materiálů. Po absolvování tohoto kursu bude student schopen: rozumět souvislostem technicky významných vlastností pevných látek s kejich elektronovou strukturou; provádět výpočty elektronové struktury pro jednodušší systémy; použít výsledků těchto výpočtů pro analýzu souvislosti mezi strukturou a vlastnostmi pevných látek.
- Osnova
- Přehled základních pojmů kvantové fyziky a chemie: vlnová funkce, hustota pravděpodobnosti, Schrödingerova rovnice, analýza jednoduchých kvantových systémů. Základy prvoprincipielního přístupu k elektronové struktuře pevných látek: Schrödingerova rovnice pro pevnou látku, Born-Oppenheimerova aproximace, teorie funkcionálu hustoty, funkcionál výměnné a korelační energie, jeho lokální aproximace. Princip metod výpočtů elektronové struktury a jejich přehled (APW, OPW, LCAO, KKR, LMTO, LAPW, pseudopotenciály, KKR). Blochův teorém, aproximace těsné vazby. Úloha Greenových funkcí v teorii pevných látek, vyjádření lokální hustoty stavů a nábojové hustoty pomocí Greenových funkcí. Praktická ukázka výpočtů elektronové struktury metodou LMTO pro tranzitivní kovy: pásová struktura, hustota stavů, totální energie, struktury s vyšší energií, polymorfismus kovů. Výpočty elektronové struktury neuspořádaných slitin: aproximace koherentního potenciálu, příklady výsledků pro kubické a hexagonální slitiny. Výpočty elektronové struktury povrchů a rozhraní: principiální vrstva, povrchová Greenova funkce, příklady výsledků pro povrchy a hranice zrn v tranzitivních kovech. Magnetismus pevných látek: jeho původ, popis elektronových stavů, Heisenbergův a Stonerův model magnetismu. Přehled základních typů magnetického chování látek (dia-, para-, fero- a antiferomagnetismus). Magnetické vlastnosti kovových multivrstev: základní vlastnosti a použití kovových multivrstev, magnetická anizotropie, výměnné interakce mezi vrstvami (interlayer exchange coupling), gigantická magnetorezistence. Význam totální energie pro studium stability a mechanických vlastností materiálů: existence struktur s vyšší energií a polymorfismus, modelování konfigurace rozlehlých defektů, teoretická pevnost materiálů. Multiscale modelling: od elektronových a atomárních rozměrů přes mesoskopickou úroveň k mechanice kontinua. Příklad: křehký lom a šíření trhliny. Využití výpočtů elektronové struktury pro konstrukci fázových diagramů kovových systémů, metoda CALPHAD. Elektronová struktura a atomová konfigurace nanokrystalických materiálů. Příklad struktury nanokrystalického niklu. Úloha výpočtů elektronové struktury v současné 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
- Výukové metody
- Přednáška doprovázená konzultacemi, řešení specifických úloh vztahujících se k probíraným tématům.
- Metody hodnocení
- Předmět je zakončen ústní zkouškou. Během semestru je vyžadováno samostudium vybraných partií týkajících se elektronové struktury pevných látek. Povinnost navštěvovat výuku není stanovena.
- Další komentáře
- Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
- Statistika zápisu (jaro 2012, nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2012/C8400