Metody dyfrakcyjne i mikroskopowe

znajomość podstaw fizyki ciała stałego,

znajomość praw elektrodynamiki,

znajomość praw optyki geometrycznej.

Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego):

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego 30

Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego 1

Godziny nie kontaktowe (praca własna studenta)

Przygotowanie się do egzaminu 20

Łączna liczba godzin nie kontaktowych: 20

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe: 1

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 2

Kolokwium pisemne

– weryfikacja efektów uczenia się w zakresie wiedzy i umiejętności: W1–W6, U1–U6

Kolokwium obejmuje pytania problemowe i zadania sprawdzające znajomość zasad działania metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych, rozumienie fizycznych podstaw oddziaływań promieniowania z materią oraz umiejętność analizy i interpretacji wyników badań.

Aktywność na zajęciach (odpowiedzi ustne, udział w dyskusji, pytania problemowe zadawane w trakcie wykładu)

– weryfikacja efektów uczenia się w zakresie kompetencji społecznych oraz wybranych umiejętności: K1–K5, U7

Aktywność obejmuje udział w dyskusjach, formułowanie pytań i odpowiedzi dotyczących omawianych metod badawczych oraz krytyczne odnoszenie się do prezentowanych zagadnień.

Zajęcia mają na celu zapoznanie studentów z zasadami działania oraz możliwościami badawczymi nowoczesnych metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych stosowanych w badaniach struktury materii, w szczególności powierzchni ciał stałych i materiałów cienkowarstwowych.

Studenci poznają fizyczne podstawy oddziaływania różnych rodzajów promieniowania i sond pomiarowych z materią, a także zakres zastosowań i ograniczenia poszczególnych technik wynikające z ich natury.

Celem zajęć jest również rozwinięcie umiejętności doboru odpowiedniej metody do konkretnego problemu badawczego, krytycznej analizy uzyskiwanych wyników oraz zrozumienia komplementarności różnych technik w badaniach właściwości materiałów.

Wykład zawiera przegląd nowoczesnych metod dyfrakcyjnych i mikroskopowych ze szczególnym uwzględnieniem specyfiki ich zastosowań i ograniczeń wynikających z charakteru oddziaływania stosowanych wiązek promieniowania i sond pomiarowych.

Omawiane są następujące metody:

Mikroskop optyczny i mikroskop bliskiego pola.

Skaningowy i transmisyjny mikroskop elektronowy SEM/TEM.

Mikroskopy polowe.

Skaningowy mikroskop tunelowy.

Mikroskop siła tomowych AFM.

Dyfrakcja LEED.

Dyfrakcja RHEED.

Źródła promieniowania rentgenowskiego.

Dyfraktometria rentgenowska.

Dyfrakcja atomów He

Dyfrakcja neutronów

Skudlarski, Krzysztof, Mikroskopia elektronowa / [red. nauk. Krzysztof Skudlarski], Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław : Wydaw. PW, 1979

High-resolution transmission electron microscopy and associated techniques / ed. Peter R. Buseck, John M. Cowley, Leroy Eyring. 1988 | New York ; Oxford : Oxford University Press

Applied Scanning Probe Methods XI: Scanning Probe Microscopy Techniques

2008 | Berlin, Heidelberg: Springer Berlin / Heidelberg - dostęp online

Hans Lüth, Surfaces and Interfaces of Solids, second edition, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1993 - dostęp on-line

John A. Venables, Introduction to Surface and Thin Film Processes, Cambridge University Press, 2000.

C. Davisson and L. H. Germer, Diffraction of electrons by a crystal of Nickel, Phys. Rev. 30, 705 (1927). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.30.705

Inne źródła:

http://cen.acs.org/articles/92/web/2014/10/Eric-Betzig-Stefan-Hell-W.html

WIEDZA

W1: zna i rozumie fizyczne podstawy oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego, elektronów, atomów oraz sond lokalnych z materią, w zakresie niezbędnym do opisu opisania zasad działania nowoczesnych metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych. (K_W01, K_W04)

W2: zna i rozumie modele fizyczne oraz formalizm matematyczny wykorzystywany do opisu zjawisk dyfrakcyjnych i obrazowania w metodach mikroskopowych i dyfrakcyjnych. (K_W02, K_W03)

W3: zna i rozumie zasady działania, budowę oraz możliwości badawcze współczesnych technik mikroskopowych, w szczególności mikroskopii elektronowej, skaningowej oraz mikroskopii sond lokalnych. (K_W06, K_W07)

W4: zna i rozumie zasady działania metod dyfrakcyjnych stosowanych w badaniach struktury powierzchni, cienkich warstw i materiałów objętościowych, w tym metod elektronowych, rentgenowskich, atomowych i neutronowych. (K_W01, K_W04, K_W06)

W5: zna zakres zastosowań, ograniczenia oraz rozdzielczość przestrzenną i energetyczną wybranych metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych, wynikające z charakteru oddziaływania stosowanych wiązek promieniowania i sond pomiarowych z materią. (K_W04, K_W07)

W6: rozumie zasadę komplementarności metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych oraz ich rolę w kompleksowej analizie właściwości strukturalnych i elektronowych materiałów. (K_W04, K_W08)

UMIEJĘTNOŚCI

U1: potrafi wykorzystać aparat matematyczny oraz formalizm fizyczny do analizy i interpretacji zjawisk wykorzystywanych w metodach mikroskopowych i dyfrakcyjnych. (K_U01)

U2: potrafi analizować i interpretować wyniki badań uzyskiwane z zastosowaniem metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych oraz wyciągać poprawne wnioski fizyczne na ich podstawie. (K_U02, K_U04)

U3: potrafi dobrać odpowiednią metodę mikroskopową lub dyfrakcyjną do zadanego problemu badawczego, uwzględniając zakres zastosowań, ograniczenia i rozdzielczość danej techniki. (K_U04, K_U05)

U4: potrafi dokonać krytycznej analizy sposobu działania oraz możliwości badawczych aparatury i układów pomiarowych stosowanych w nowoczesnych metodach mikroskopowych i dyfrakcyjnych. (K_U07, K_U08)

U5: potrafi porównywać i oceniać różne techniki mikroskopowe i dyfrakcyjne pod kątem ich przydatności do badań struktury powierzchni, cienkich warstw i materiałów objętościowych. (K_U05, K_U08)

U6: potrafi wyszukiwać, analizować i krytycznie oceniać informacje zawarte w literaturze naukowej dotyczącej nowoczesnych metod badawczych fizyki ciała stałego i fizyki powierzchni. (K_U06, K_U15)

U7: potrafi posługiwać się specjalistyczną terminologią z zakresu metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych oraz prezentować i uzasadniać swoje stanowisko w dyskusji naukowej. (K_U13, K_U14)

U8: potrafi samodzielnie przygotować opracowanie problemu badawczego dotyczącego zastosowania wybranej metody mikroskopowej lub dyfrakcyjnej w oparciu o literaturę naukową. (K_U14, K_U16)

KOMPETENCJE:

K1: jest gotów do krytycznej oceny posiadanej wiedzy z zakresu metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych oraz uznaje znaczenie tej wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych związanych z fizyką techniczną. (K_K01)

K2: jest gotów do korzystania z wiedzy ekspertów oraz specjalistycznej literatury naukowej w przypadku trudności interpretacyjnych lub decyzyjnych związanych z doborem i zastosowaniem metod badawczych. (K_K02)

K3: jest gotów do odpowiedzialnego uczestnictwa w dyskusjach naukowych oraz do dzielenia się wiedzą z zakresu nowoczesnych metod badawczych w kontekście ich znaczenia dla rozwoju nauki i technologii. (K_K03)

K4: jest gotów do myślenia i działania w sposób przedsiębiorczy, dostrzegając możliwości praktycznego wykorzystania metod mikroskopowych i dyfrakcyjnych w badaniach naukowych oraz zastosowaniach technicznych. (K_K04)

K5: jest gotów do przestrzegania zasad etyki zawodowej, w szczególności w zakresie rzetelnej interpretacji wyników badań, poszanowania własności intelektualnej oraz świadomości społecznych i pozatechnicznych skutków działalności inżynierskiej. (K_K05)