Enkeltfag Engelsk 5 ECTS

Materialers struktur og dynamik studeret med røntgen og neutroner

Overordnede kursusmål

Detaljeret forståelse af materialers struktur og dynamik på atomart niveau er en afgørende forudsætning for at forstå deres fysiske egenskaber, og dermed også for design af nye materialer af teknologisk interesse. Eksempler inkluderer komponenter af nye lægemidler til sygdomsbekæmpelse, superledere samt materialer med anvendelser inden for solceller og datalagring. Neutron- og røntgenspredning er komplementære metoder som tillader undersøgelser af struktur og dynamik.

Kurset introducerer en række eksperimentelle teknikker inden for neutron- og røntgenspredning som tillader bestemmelse af alle relevante strukturelle parametre for molekyler, amorfe materialer og krystaller, herunder også magnetisk struktur. Elementære eksitationer af de relevante strukturelle, elektroniske og magnetiske frihedsgrader (såsom molekylære vibrationer, fononer og spinbølger) kan desuden studeres i stor detalje, enten direkte i det ultrahurtige tidsdomæne eller via deres spektroskopiske signaturer. Indenfor billeddannelse (imaging) med røntgen og neutroner kan struktur studeres lokalt i materialet. Dermed giver disse teknikker mulighed for at afdække de fundamentale mekanismer, der styrer sammenhængene imellem struktur og funktion af materialer over en bred vifte af tids- og længdeskalaer.

Kursets overordnede mål er at give en bred forståelse af moderne røntgen- og neutronspredning, samt en grundig introduktion til hvordan teknikkerne anvendes i praksis i studier af materialers struktur og dynamik. Vigtigheden af neutron- og røntgenspredning illustreres af de meget store investeringer den danske stat har foretaget i forbindelse med konstruktionen af European Spallation Source (ESS) og MAX-IV i Lund, Sverige, samt European XFEL i Hamborg, Tyskland. DTU er stærkt involveret i metodeudvikling, design og konstruktion af instrumenter, samt videnskabelig anvendelse af alle tre faciliteter.

See course description in English

Beskrive metoder til produktion af røntgen- og neutronstråler.
Diskutere hvordan kerner og elektroner vekselvirker med neutroner og røntgen-fotoner.
Illustrere principperne bag strukturbestemmelse med røntgen og neutroner ved hjælp af konkrete eksempler.
Undersøge hvorledes røntgen og neutroner tillader bestemmelse af gitter- og magnetisk dynamik.
Beregne sprednings- og absorptionstværsnit samt dynamiske strukturfaktorer kvantitativt.
Identificere principperne bag grundlæggende eksperimentelle teknikker til studier af struktur og dynamik.
Skitsere hvordan de vigtigste optiske komponenter (guides, choppere, monokromatorer, spejle, linser, detektorer, absorberende og beam-diagnosticerings elementer) anvendes i neutron- og røntgen instrumenter, samt hvordan deres funktion kan analyseres.
Argumentere for komplementaritet imellem røntgen- og neutronspredning.
Forklare hvordan studiet af fysiske processer på bestemte karakteristiske tids- og længdeskalaer dikterer valget af bestemte instrument-typer ved enten neutron- eller røntgenfaciliteter.
Formulere en ansøgning om måletid ud fra kendskab til nuværende og kommende neutron- og røntgenfaciliteter og instrumenter

Kurset indfører den studerende i sammenhængen mellem materialers struktur og dynamik og de tilhørende spredningsfænomener, som kan observeres ved internationale neutron- og røntgenfaciliteter, såsom ILL og ESRF i Grenoble, Frankrig, ESS og MAX-IV i Lund, samt European X-FEL i Hamborg. Den studerende introduceres til nøglebegreber såsom tværsnit, spredningsfaktorer, absorption, diffraktion, småvinkelspredning, spektroskopi og fluorescens. Efter succesfuld gennemførelse af kurset vil den studerende have opnået passende forudsætninger inden for neutron og røntgen-forskning til at kunne indgå i forskningssamarbejder i akademisk eller industriel sammenhæng.

10036/10041/10102/10104/10303/10317, eller ækvivalente kurser. Det er især vigtigt at have grundlæggende viden om beskrivelse af røntgenstråling som elektromagnetiske bølger, krystalstrukturer og det reciprokke rum.

Forelæsninger, opgaveregning.