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. Eksempler inkluderer komponenter af nye
lægemidler til sygdomsbekæmpelse, superledere samt materialer med
anvendelser inden for solceller og datalagring. Neutron- og
røntgenspredning er komplementære metoder som finder bred
anvendelse inden for fysik, kemi, biologi og anvendt
materialevidenskab. Kurset introducerer en række eksperimentelle
teknikker inden for neutron- og røntgenspredning som tillader
bestemmelse af alle relevante strukturelle parametre for molekyler,
amorfe materialer og krystaller, herunder også magnetisk struktur.
Elementære eksitationer af de relevante strukturelle, elektroniske
og magnetiske frihedsgrader (såsom molekylære vibrationer, fononer
og spinbølger) kan desuden studeres i stor detalje, enten direkte i
det ultrahurtige tidsdomæne eller via deres spektroskopiske
signaturer. Indenfor billeddannelse (imaging) med røntgen og
neutroner kan de strukturelle parametre studeres lokalt i
materialet. Dermed giver disse teknikker mulighed for at afdække de
fundamentale mekanismer, der styrer sammenhængene imellem struktur
og funktion af materialer over en bred vifte af tids- og
længdeskalaer.
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 virtuelle eksperimenter 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 opkommende 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 inden for 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
07. maj, 2020