Фізика супрамолекулярних структур та пристроїв
Спеціальність: Прикладна фізика та наноматеріали
Код дисципліни: 8.105.00.M.033
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: д.т.н. Іващишин Ф.О.
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Внаслідок вивчення навчальної дисципліни аспірант повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання :
1. Знати принципові відмінності будови супрамолекул від звичних макромолекул, а також відмінність клатратного принципу організації речовини від відомих дальтонідного і бертолідного.
2. Знати основні сучасні методи формування супрамолекулярних об’єктів та ансамблів і застосовувати їх на практиці.
3. Знати основні концептуальні підходи до супрамолекулярного дизайну речовин і пристроїв.
4. Знати фізичні властивості супрамолекулярних структур і особливості їх прояву у зовнішніх фізичних полях.
5. Вміти синтезувати супрамолекулярні ансамблі заданого рівня ієрархічності архітектури, проводити їх експериментальний і теоретичний аналізи.
6. Вміти створювати на їхній основі пристрої супрамолекулярної електроніки і супрамолекулярної енергетики
Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у аспірантів необхідних компетентностей:
Загальні компетентності:
ЗК.2. Критичний аналіз, оцінка і синтез нових ідей.
Фахові компетентності:
ФК1. Знання сучасних тенденцій розвитку і найбільш важливих нових наукових досягнень в області прикладної фізики та наноматеріалів, а також суміжних наукових областей.
ФК2. Систематичні знання і розуміння сучасних наукових теорій і інноваційних технологій в області наноматеріалознавства з метою їх ефективного використання у вирішенні прикладних задач фізики.
ФК5. Здатність розробляти та реалізовувати проекти, включаючи власні дослідження, які дають можливість переосмислювати наявні чи створювати нові знання.
ФК6. Здатність аргументувати вибір методу розв’язування спеціалізованої задачі, критично оцінювати отримані результати та захищати прийняті рішення.
Результати навчання: 1. Здатність продемонструвати систематичні знання сучасних методів проведення досліджень в області прикладної фізики та наноматеріалів.
2. Здатність продемонструвати поглиблені знання у вибраній області наукових досліджень.
3. Застосовувати знання і розуміння для розв’язування задач синтезу та аналізу елементів та систем, характерних обраній області наукових досліджень.
4. Досліджувати і моделювати явища та процеси різної складності при вирішенні задач наноматеріалознавства.
5. З використанням набутих дослідницьких навичок здатність самостійного успішного проведення експериментальних досліджень.
6. Оцінювати доцільність та можливість застосування нових методів і технологій в задачах синтезу наноматеріалів та розв’язанні задач прикладної фізики.
7. Аргументувати вибір методів розв’язування науково-прикладної задачі, критично оцінювати отримані результати та захищати прийняті рішення.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
1. Технологія і фізика наноструктур електроніки і спінтроніки;
2. Новітні методи фізичних досліджень.
Супутні і наступні навчальні дисципліни
1. Спеціальні розділи хімії;
2. Фізика конденсованого стану і квантово-розмірних систем.
Короткий зміст навчальної програми: За своєю логічною побудовою курс можна умовно розділити на три частини. В першій частині послідовно викладені начала супрамолекулярних об’єктів різноманітної хімічної природи з фізичним аналізом супрамолекулярних взаємодій. Окремо висвітлена «філософія» супрамолекулярного пристрою. Виходячи з цього далі у другій частині викладаються базові принципи та концептуальні підходи до формування супрамолекулярних ансамблів різноманітної архітектури: мультипошарові неорганічно/органічні наногібридизовані клатрати, напівпровідниково/кавітандні ієрархічні структури та їхні інтеркалати. В останньому ракурсі значна увага надана вперше виявленим ефектам селективного катіон - аніонного розпізнавання ієрархічними неорганічно/кавітандними ансамблями. З’ясувавши основні фізичні властивості супрамолекулярних ансамблів, далі послідовно висвітлюються їх поведінка в електричному, магнітному та світлової хвилі полях. У третій частині систематизуються і узагальнюються найновіші тенденції в теорії супрамолекулярних систем. Зокрема, вперше висвітлюються такі найновіші ефекти як інтерференційна блокада фарадеєвського струмоутворення, квантовий реактанс супрамолекулярних ієрархічних об’єктів, поява обертового полярона та аналізуються механізми роботи пристроїв, заснованих на резонансному тунелюванні і інших квантово-механічних ефектах. В ці відомості органічно вплітаються теоретичні моделі для квантово-розмірних N-бар’єрних структур та наногераторів електричної енергії.
Опис: Загальна характеристика супрамолекулярних об’єктів. Розвиток уявлень про супрамолекулярні комплекси. Комплементарність та термодинамічна і кінетична селективність. Види і фізична природа супрамолекулярних взаємодій. Кавітанди і кавітати. Супрамолекулярні ансамблі. Основні види супрамолекулярних систем. Молекулярне розпізнавання за принципом «замок-ключ».ю «Господарі» для катіонів, аніонів, нейтральних молекул. Цвіттер-іони.
Супрамолекулярний дизайн речовин. Інженерія кристалів і стратегія їх дизайну. Клатрати. Принципи інтеркаляційної наноінженерії.
„Філософія” супрамолекулярного пристрою. Нековалентно зв’язані системи. Молекулярні провідники. Одномолекулярні перемикачі. Молекулярні випрямлячі і транзистори. Супрамолекулярні структури для нелінійної оптики
Базові засади конструювання молекулярних машин. Молекулярні машини на основі катенанів і ротаксанів. Супрамолекулярні фотоелектромеханічні перетворювачі. Основи біоміметики
Неорганічно/неорганічні, неорганічно/органічні та біо/неорганічні супрамолекулярні ансамблі. Методи синтезу. Структура та фізичні властивості. Відгук на зовнішні фізичні поля. Вплив рівня ієрархічності архітектури на властивості та можливості практичного застосування
Пристрої супрамолекулярної електроніки. Нановимірні безгіраторні лінії затримки, керовані магнітним полем чи оптично. Ємнісні блокатори постійного електричного струму. Сенсори магнітного поля ємнісного типу. Фотоварікапи.
Супрамолекулярна енергетика. Молекулярні генератори електричної енергії. Квантові акумулятори. Спінові конденсатори.
Квантово-механічні моделі процесів у супрамолекулярних об’єктах. Аналіз мікроскопічних моделей квантових станів наношарів та мезоскопічних підходів до опису таких об’єктів. Мікроскопічний опис інтеркальованих атомів у ієрархічних дублетноматричних структурах.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль (40%): усне опитування, презентації на семінарах, контрольні роботи, індивідуальні письмові роботи. - Випускний тест (60%): іспит.
Критерії оцінювання результатів навчання: Порядок та критерії виставляння балів та оцінок:
Теоретичні питання мають на меті перевірку навичок студентів щодо розуміння теоретичного матеріалу. Відповідь по можливості має бути повною та аргументованою.
• Максимальну кількість балів (мкб) за питання отримує студент, що повністю висвітлив питання;
• 70-90 % від мкб – питання в цілому висвітлене, але є незначні неточності або інші недоліки;
• 50-70 % від мкб – відповідь на питання дано не в повному обсязі і/або є суттєві помилки;
• 30-50 % від мкб – зроблена спроба відповісти на питання, але зроблено грубі помилки і/або питання в цілому не висвітлене. Такої ж оцінки заслуговуватиме студент, якщо він робить неправильні висновки на основі логічних припущень, що містять правильні міркування;
• 10-30 % від мкб– зроблена невдала спроба відповісти на питання, лише окремі міркування і /або формули є вірними;
• 0 балів – жодна з записаних формул не має стосунку до даного питання, всі міркування є помилковими, або цілковито відсутні.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Григорчак І. І., Лукіянець Б А., Підлужна А. Ю., Політанський Л. Ф., Понеділок Г. В., Саміла А. П., Хандожко О. Г. Фізичні процеси у супрмолекулярних ансамблях та їх практичне застосування // монографія за ред. І. І. Григорчака. – Чернівці: Чернівецький нац. ун-т, 2016. – 536 с.
2. Григорчак І. І., Костробій П. П., Стасюк І. В., Токарчук М. В., Величко О. В., Іващишин Ф. О., Маркович Б. М. Фізичні процеси та їх мікроскопічні моделі в періодичних неорганічно/органічних клатратах: Монографія/Григорчак І. І. та ін. – Львів. Видавництво Растр-7, 2015. – 286 с.
3. Зенон Готра, Іван Григорчак, Богдан Лукіянець, Віктор Махній, Сергій Павлов, Леонід Політанський, Ежи Потенські. Субмікронні та нанорозмірні структури електроніки: Підручник. – Чернівці: Видавництво та друкарня «Технологічний Центр». 2014. - 839 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).