Διδασκόμενη ύλη

Εισαγωγή στην θεωρία DFT.

Η εξίσωση Schrödinger για πολυηλεκτρονιακά συστήματα, και τρόποι επίλυσής της. Το δυναμικό ανταλλαγής και συσχέτισης. Υπολογισμός της ενέργειας μορίων και της ενθαλπίας αντιδράσεων.

Κρυσταλλικά στερεά.

Υπολογισμός της πυκνότητας και του μέτρου ελαστικότητας με χρήση του θεωρήματος Bloch. Eνεργειακές ζώνες.

Επιφάνειες.

Επέκταση της θεωρίας σε ημιπεριοδικές δομές. Η έννοια της επιφανειακής τάσης. Πώς επηρεάζεται η επιφάνεια και η ιδιότητές της από προσροφημένα μόρια. Eνθαλπία προσρόφησης.

Μαγνητικά υλικά.

Ο ρόλος του σπιν στις ιδιότητες μαγνητικών υλικών, όπως ο σίδηρος, αλλά και στη συνοχή μή μαγνητικών μορίων, όπως το H₂O. H έννοια της πυκνότητας καταστάσεων και πώς αυτή υπολογίζεται. Ταλαντώσεις απλών μορίων.

Πειραματικές τεχνικές.

Βασικές αρχές πειραμάτων απεικόνισης της ηλεκτρονικής δομής, όπως STM (Scanning Tunneling Microscope), και προσομοίωσή τους. Υπολογισμοί δομής ηλεκτρονικών ζωνών σε μέταλλα, μονωτές και ημιαγωγούς.

Ταχύτητες αντιδράσεων.

Η μέθοδος TST (Transition State Theory) και η προσέγγιση της ελαστικής ταινίας για τον υπολογισμό της ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης. Εφαρμογή στον υπολογισμό σταθερών διάχυσης.

Ιστοσελίδα μαθήματος

Το eclass του μαθήματος.

Μαθησιακά αποτελέσματα

Οι φοιτητές με το πέρας του μαθήματος αναμένεται να

1. Εξοικειωθούν με τη σύγχρονη θεωρία ηλεκτρονικής δομής και ειδικότερα με τη θεωρία DFT (Density Functional Theory), μέσα από τη χρήση μεγάλων υπολογιστικών πακέτων.
2. Γνωρίζουν την θεωρία για την επίλυση κβαντομηχανικών προβλημάτων στην επιστήμη υλικών και πώς να εκτελέσουν υπολογιστικά πειράματα για μελέτη ιδιοτήτων προτύπων υλικών.
3. Αναπτύξουν τεχνικές δεξιότητες σε επιστημονικούς υπολογισμούς και λογισμικό.
4. Αποκτήσουν πρακτική εμπειρία στους υπολογισμούς από πρώτες αρχές για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων στην επιστήμη υλικών.

Το μάθημα σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πλαίσιο Προσόντων Δια Βίου Μάθησης είναι επιπέδου 6 ως μάθημα πρώτου κύκλου σπουδών και 7 ως μάθημα δεύτερου κύκλου σπουδών.

Μέθοδοι Aξιολόγησης

Η αξιολόγηση των φοιτητών γίνεται με υποχρεωτικές ασκήσεις που παραδίδονται και διορθώνονται κατά την διάρκεια του εξαμήνου και με τελική εργασία και την παρουσίασή της στην τάξη στο τέλος του εξαμήνου.

Βιβλιογραφία

• Αντωνίου Ν. Ανδριώτη, Υπολογιστική Φυσική, τόμος ΙΙ, 1999.
• Frank Jensen, Introduction to Computational Chemistry, Wiley-VCH, 2nd edition 2006.
• Efthimios Kaxiras, Atomic and Electronic Structure of Solids, Cambridge University Press, 2003.
• Richard M. Martin, Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods, Cambridge University Press, 2004.
• Jos M. Thijssen, Computational Physics, Cambridge University Press, 1999.