Faglig innhold

• Materialstruktur. Strukturbeskrivelse i faststoff-fysikk. Elementær innføring i krystallografi: symmetri og gruppeteori. Grunnleggende introduksjon til krystallografi: symmetri, punkt og romgrupper.
• Strålingskilder for røntgen, nøytroner og elektroner. Storskala-fasiliteter: synkrotroner, røntgen fri-elektron-lasere (XFEL), reaktorer og spallasjonskilder.
• Vekselvirkninger mellom stråling og materie: elektromagnetisk stråling, nøytroner og elektroner. Rayleigh-spredning, Raman-spredning, fotoelektrisk effekt, Compton-spredning. Resonant spredning. Polarisasjon. Brytningsindeks, refraksjon og refleksjon for røntgenstråling og nøytroner. Briljans og koherens.
• Spredning fra amorfe og svakt ordnede materialer. Småvinkelspredning.
• Diffraksjon: Kinematisk teori for elektroner, nøytroner og røntgendiffraksjon. Born-tilnærmingen. Fourier transformasjonen og diffraksjon. Diskret Fourier transformasjon. Dynamisk teori. Analyse av ordnede materialer i polykrystallinsk og én-krystallinsk form. Krystallstrukturbestemmelse. Tekstur.
• Spektroskopi: Elementær innføring i emisjons og absorpsjonsspektroskopi, inkludert UV-vis og Raman.
• Avbildning: Sammenheng mellom avbildning og diffraksjon. Bølgeoptikk. Fourieroptikk. Avbildning med og uten linser. Elektron mikroskopi (SEM, TEM). Nøytron og røntgenmikroskopi. 3D avbildning, computertomografi (CT). Introduksjon to holografi og dataassistert avbildning.

Læringsutbytte

Kunnskaper - kandidaten skal ha kunnskap om:

• Den store rollen spredningsbaserte karakteriseringsteknikker har innen naturvitenskap.
• Spredningsbasert strukturanalyse av materialer med elektroner, røntgen og nøytronstråling, samt komplementariteten mellom disse metodene.
• Viktigheten av symmetri og gruppeteori i krystallografi.
• Grunnleggende prinsipper for spektroskopi.
• Fourier-teknikker for å beskrive og analysere kinematisk diffraksjon.
• Framstilling og egenskaper av elektroner, røntgen- og nøytronstråling for materialforskning.
• Bruk, potensial og begrensninger av mikroskopi og avbildning i vitenskapelige og industrielle anvendelser.
• Moderne utvikling innen avbildning, tomografi og holografi.

Ferdigheter: kandidaten skal kunne:

• Utføre spredningseksperimenter i laboratoriet.
• Analysere og rapportere resultater fra spredning og avbildningseksperimenter utført på materialer i fast, væske- og gassfase.
• Utføre beregninger av kinematisk diffraksjon.
• Forklare og utnytte forskjellene mellom vidvinkel og småvinkel-spredning (WAXS, SAXS / SANS).
• Gjøre begrunnede valg av eksperimentelle teknikker for spesifikke problemstillinger.
• Forklare og utnytte koblingen mellom diffraksjon og avbildning.
• Estimere kravene til parametere som oppløsning, kontrast og fluks nødvendig for å gjennomføre et gitt eksperiment.
• Vurdere mulighetene for å benytte de ulike eksperimentelle teknikkene til å angripe strukturrelaterte problemstillinger for en rekke organiske og uorganiske materialer.

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger, regneøvinger og laboratorieøvinger. Emnet blir undervist på engelsk dersom internasjonale mastergradsstudenter følger det. Undervisningsmateriell er på engelsk. Forventet arbeidsinnsats i emnet er 225 timer.

Felles forelesninger med FY8905.

Anbefalte forkunnskaper

TFY4220 Faste stoffers fysikk eller tilsvarende.

TFY4195 Optikk eller tilsvarende.

Kursmateriell

"Elements of Modern X-ray Physics", 2nd Ed. Jens Als-Nielsen, Des McMorrow. Wiley 2011.

Tilleggslitteratur annonseres ved kursstart.

Studiepoengreduksjon