Faglig innhold

i) Krystallografi: Elementær innføring. Punkt- og romgrupper. International Tables for Crystallography. ii) Diffraksjon: Kinematisk teori for elektron-, nøytron- og røntgendiffraksjon. Ordnede materialer i polykrystallinsk og en-krystallinsk form. Krystallstrukturbestemmelse. Uordnede materialer. Nano- og mikrostruktur. Småvinkel-spredning. Overflater. iii) Avbildning: Elektronmikroskopi, SEM, TEM. Røntgenmikroskopi, tomografi og topografi. Scanning overflate-mikroskopi: STM, AFM. iv) Inhomogeniteter: Defekter, dislokasjoner; flerkomponentmaterialer. Fasediagram.
Metodene vil bli illustrert med eksempler, som keramer, halvledermaterialer, organiske strukturer og "modulerte" strukturer, kvasikrystaller, overflate-rekonstruksjoner og adsorbater; amorfe stoff, lav-dimensjonale strukturer. Utfellinger. Faseoverganger.

Læringsutbytte

Studenten skal kunne:
- forstå betydningen av avanserte karakteriseringsteknikker i nano- og materialvitenskap
- tolke to-komponent fasediagrammer for faste løsninger og eutektiske blandinger
- gjøre rede for sammenhenger mellom defekter på mikronivå og makroskopiske egenskaper
- forstå gruppeteoriens rolle i krystallografi, inklusive punktgrupper, romgrupper og bruken av The International Tables for Crystallography
- bruke fourierteknikker og konvolusjonsteoremet for (delvis) krystallinske materialer
- gjøre rede for produksjon av og egenskaper til elektron-, røntgen- og nøytronstråling, med tanke på bruk i materialforskning
- utføre kinematiske diffraksjonsberegninger av korrelasjoner i rom og tid for materialer med varierende grad av orden
- utføre hands-on spredningseksperimenter, inklusive analyser og rapportskriving, på materialer i fast (bulk og overflater) og flytende form samt i gassfase
- utnytte forskjellene knyttet til spredning ved små og store vinkler (WAXS, SAXS / SANS)
- forklare sammenhengen mellom diffraksjon og avbildning, med fokus på transmisjonselektronmikroskopi (TEM)
- gjøre rede for grunnprinsippene i atomærkraftmikroskopi (AFM) og sveipetunneleringsmikroskopi (STM)
- vurdere mulighetene for å benytte de ulike eksperimentelle teknikkene for å angripe strukturrelaterte problemstillinger for en rekke organiske og uorganiske materialer

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger, regneøvinger og laboratorieøvinger. Sluttkarakter i emnet er basert på laboratorieøvinger (25%) og skriftlig avsluttende eksamen (75%). Emnet blir undervist på engelsk dersom internasjonale mastergradsstudenter følger det. Ved utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen) kan skriftlig eksamen bli endret til muntlig eksamen.

Anbefalte forkunnskaper

TFY4220 Faste stoffers fysikk eller tilsvarende.

Kursmateriell

Emil J. Samuelsen: "Materials Physics; structure, diffraction and imaging" NTNU 2004.

Studiepoengreduksjon