10200 Materialers struktur og dynamik studeret med røntgen og neutroner

2017/2018

Kursusinformation
The structure and dynamics of materials studied with X-rays and neutrons
Engelsk
5
Kandidat
E1B (tors 13-17)
Campus Lyngby
Forelæsninger, opgaveregning.
13-uger
E1B
Mundtlig eksamen og bedømmelse af opgave(r)
Aflevering og evaluering af en række mindre skriftlige opgaver fordelt over kursusforløbet samt en større skriftlig opgave indgår med en vejledende vægt på 40%
7-trins skala , ekstern censur
10102.10303 , 10102 Kvantemekanik og 10303 Faststoffysik og nanoskala materialefysik
Søren Schmidt , Lyngby Campus, Bygning 307, Tlf. (+45) 4525 3218 , ssch@fysik.dtu.dk
Niels Bech Christensen , Lyngby Campus, Bygning 307, Tlf. (+45) 4525 3206 , nbch@fysik.dtu.dk

10 Institut for Fysik
I studieplanlæggeren
Overordnede kursusmål
Detaljeret forståelse af materialers struktur og dynamik på atomart niveau er en afgørende forudsætning for at forstå deres fysiske egenskaber, og dermed også for design af nye materialer af teknologisk interesse. Neutron- og røntgenspredning er komplementære metoder som finder bred anvendelse indenfor fysik, kemi, biologi og anvendt materialevidenskab. Ved hjælp af en serie af eksperimentelle teknikker, som vil blive introduceret i løbet af kurset, tillader neutron- og røntgenspredning bestemmelse af alle relevante strukturelle parametre for molekyler og krystaller såvel som amorfe materialer, herunder også magnetisk struktur. Elementære eksitationer af de relevante gitter og magnetiske frihedsgrader såsom fononer og spinbølger kan desuden studeres i stor detalje. Indenfor billeddannelse (imaging) med røntgen og neutroner kan de strukturelle parametre studeres lokalt i materialet. Kursets overordnede mål er at give en bred forståelse af moderne røntgen- og neutronspredning, samt en grundig introduktion til hvordan teknikkerne anvendes i praksis i studier af materialers struktur og dynamik. Vigtigheden af neutron og røntgenspredning understreges af at den danske stat i disse år foretager meget store investeringer i konstruktionen af European Spallation Source (ESS) og MAX-IV i Lund, Sverige, samt i European XFEL i Hamborg, Tyskland. DTU er stærkt involveret i metodeudvikling samt design og konstruktion af instrumenter ved alle tre faciliteter.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Beskrive metoder til produktion af røntgen- og neutronstråler.
  • Diskutere hvordan kerner og elektroner vekselvirker med neutroner og røntgen-fotoner.
  • Illustrere principperne bag strukturbestemmelse med røntgen og neutroner ved hjælp af konkrete eksempler.
  • Undersøge hvorledes røntgen og neutroner tillader bestemmelse af gitter- og magnetisk dynamik.
  • Beregne sprednings- og absorptionstværsnit samt dynamiske strukturfaktorer kvantitativt.
  • Identificere principperne bag grundlæggende eksperimentelle teknikker til studier af struktur og dynamik.
  • Illustrere hvordan Monte Carlo ray-tracing simulationer kan anvendes til design og optimering af instrumenter, herunder optik.
  • Argumentere for komplementaritet imellem røntgen- og neutronspredning.
  • Forklare hvordan studiet af fysiske processer på bestemte karakteristiske tids- og længdeskalaer dikterer valget af bestemte instrument-typer ved enten neutron- eller røntgenfaciliteter.
  • Formulere en ansøgning om måletid ud fra kendskab til nuværende og kommende neutron- og røntgenfaciliteter og instrumenter
Kursusindhold
Kurset indfører den studerende i sammenhængen mellem materialers struktur og dynamik og de tilhørende spredningsfænomener, som kan observeres ved internationale neutron- og røntgenfaciliteter, såsom ILL og ESRF i Grenoble, Frankrig og de kommende faciliteter ESS, MAX-IV og European X-FEL. Den studerende introduceres til nøglebegreber såsom tværsnit, spredningsfaktorer, absorption, diffraktion, småvinkelspredning, spektroskopi og fluorescens. Efter succesfuld gennemførelse af kurset vil den studerende have opnået passende forudsætninger indenfor neutron og røntgen-forskning til at kunne indgå i forskningssamarbejder i akademisk eller industriel sammenhæng.
Litteraturhenvisninger
Albert Furrer, Joël Mesot, Thierry Strässle, Neutron Scattering in Condensed Matter Physics, World Scientific (2009)
J. Als-Nielsen & D. F. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, John Wiley & Sons, Ltd (2011)
samt supplerende kopier og noter om neutron- og røntgenspredning.
Sidst opdateret
04. maj, 2017