Enkeltfag Engelsk 5 ECTS

Materialers struktur og dynamik studeret med røntgen og neutroner

Overordnede kursusmål

Eksperimentel bestemmelse af materialers struktur og dynamik på atomar skala har afgørende betydning for forståelsen af deres fysiske egenskaber, og derfor også for design og udvikling af nye materialer til kvanteteknologi og den grønne omstilling.

Igennem analyse af neutron- og røntgen-spredningsdata målt ved faciliteter såsom European Spallation Source (ESS) og MAX-IV in Lund, Sverige eller European X-ray Free Electron Laser (EuXFEL) in Hamburg, Tyskland, er det muligt at udtrække de parametre, der karakteriserer strukturen af molekyler, amorfe materialer og krystaller, inklusive deres magnetiske struktur. Eksperimenter der undersøger elementære eksitationer af de relevante strukturelle, elektroniske og magnetiske frihedsgrader (såsom molekylære vibrationer, fononer og magnoner), enten direkte i de ultrahurtige tids-domæne, eller via deres spektroskopiske signaturer, tillader på samme måde bestemmelse af styrken af kemiske bindinger eller magnetiske vekselvirkninger.

Målet med kurset er at give studerende en teori-baseret introduktion til nøgleteknikker indenfor røntgen og neutronspredning samt praktisk erfaring med analyse af data ved hjælp af avancerede analyse-værktøjer. De første tre sessioner af kurset vil dække den essentielle generelle teori bag røntgen og neutronspredning, og vil understrege de to metoders komplementaritet. De følgende 10 sessioner vil fokusere på udvalgte teknikker: Småvinkelspredning, pulverdiffraktion, en-krystal diffraktion, tidsopløst røntgenspredning og uelastisk neutronspredning. For hver af disse fem teknikker vil de studerende blive introduceret til teknik-specik teori og eksperimentelle overvejelser. De vil derpå få til opgave at analysere eksperimentelle datasæt af tiltagende kompleksitet ved hjælp af en række analyseværktøjer. Resultaterne af data analysen samles og afleveres i gruppe-rapporter.

See course description in English

Forklare metoder til produktion af røntgen- og neutronstråler.
Diskutere de komplementære måder hvorpå neutroner og røntgen-fotoner vekselvirker med kerner og elektroner.
Forklare principperne bag eksperimentelle teknikker til studier af struktur og dynamik, herunder specielt småvinkelspredning, pulverspredning, en-krystal spredning, tidsopløst røntgenspredning og neutron spektroskopi.
Skitsere hvordan de vigtigste optiske komponenter (guides, choppere, monokromatorer, spejle, linser, detektorer, absorberende og beam-diagnosticerings elementer) anvendes i neutron- og røntgen instrumenter.
Beregne sprednings- og absorptionstværsnit kvantitativt.
Analysere typiske småvinkelspredningsdata med henblik på at bestemme partikelformer og -fordelinger.
Analysere typiske pulverdiffraktionsdata ved hjælp af Rietveld forfining med henblik på at bestemme krystalstrukturer
Analysere typiske en-krystal diffraktionsdata med henblik på at bestemme krystalstrukturer og magnetiske strukturer.
Analysere typiske tidsopløste røntgenspredningsdata med henblik på at bestemme, hvordan ultra-hurtige ændringer i atomare positioner kobler til en kaskade af eksiterede elektroniske tilstande efter absorption af optisk lys i molekylære systemer af relevans for fotokatalyse eller sol-celler.
Analysere typiske uelastiske neutronspredningsdata med henblik på at bestemme kemiske bindingsstyrker og spin-spin exchange vekselvirkninger ud fra fonon- og magnon dispersionsrelationer.

Sprednings-tværsnit, absorption, fluorescens, sprednings-amplituder for enkelt-atomer, formfaktorer, strukturfaktorer, optiske komponenter i neutron- og røntgensprednings-instrumenter, småvinkelspredning, pulverspredning, en-krystal spredning, tidsopløst røntgen spredning, uelastisk neutronspredning, data analysis.

10036/10041/10080/10081/10102/10104/10303/10317, eller ækvivalente kurser i elektromagnetisme, kvantemekanik og faststoffysik. Erfaring med diffraktion- eller spektroskopi-teknikker er ikke en forudsætning for at tage dette kursus.

Forelæsninger, opgaveregning og data-analyse sessioner.