Detail předmětu
Ab initio výpočty v materiálových vědách
FSI-9AIV Ak. rok: 2025/2026 Zimní semestr
Výpočty elektronové struktury pevných látek se v posledních desetiletích staly standardním a široce používaným nástrojem v materiálové vědě a inženýrství. Nabízejí unikátní vhled do chování materiálů na atomární délkové škále, která je pro experimentální metody stále ještě velmi obtížně dosažitelná. Díky své spolehlivosti a aplikovatelnosti na různé druhy materiálů se tyto tzv. prvoprincipiální výpočty staly vynikajícím doplňkem celé palety experimentálních metod. Prominentní místo mezi zkoumanými jevy mají magnetické a spektroskopické vlastnosti pevných látek. Elektronová struktura, a s ní související jevy, určují odezvu materiálu nejen na vnější působící pole, ale na celé spektrum dalších podnětů (např. optické, RTG, gamma kvanta, elektrony, …). Předmět nabídne nejen teoretické základy těchto pokročilých výpočetních (tzv. ab initio) metod týkajících se magnetických a spektroskopických vlastností, ale umožní studentům získat také přímé praktické zkušenosti s výpočty pomocí vybraných existujících softwarových nástrojů. Tyto budou studenti v rámci předmětu individuálně aplikovat na vybraný konkrétní problém a materiál.
Jazyk výuky
čeština
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Předpokladem jsou znalosti týkající se fyziky, matematiky a kvantově-mechanického popisu pevných látek. Vvýhodou je alespoň částečná znalost programování (Linus, Python).
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
V poslední třetině semestru budou studenti samostatně zpracovávat vybrané téma týkající se výpočtů magnetických a/nebo spektroskopických vlastností vybraných materiálů. Aktuální stav problematiky, řešení a výsledky zpracují písemnou formou a představí při zkoušce.
Přednášky doplněné o vzorová řešení typických úloh.
Učební cíle
Předmět nabízí studentům nejen seznámení se s teoretickými základy pokročilých metod modelování magnetických a spektroskopických vlastností pevných látek, ale také možnost si prakticky vyzkoušet prvoprincipiální výpočty elektronové struktury pevných látek při individuálním řešení vybraného problému.
Cílem je seznámit studenty s určením magnetických a spektroskopických vlastností pevných látek pomocí metod založených na výpočtech elektronové struktury (tzv. ab initio metody). Předmět poskytne nejen pokročilé teoretické znalosti týkající se modelování široké škály materiálových vlastností, ale i možnost si výpočty prakticky zkusit při řešení individuálního problému.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program D-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, doktorský, doporučený kurs
Program D-MAT-P: Materiálové vědy, doktorský, doporučený kurs
Typ (způsob) výuky
Přednáška
20 hod., nepovinná
Osnova
1. Úvod do výpočtů elektronové struktury pevných látek, hledání základního stavu.
2. Neuspořádané a vícekomponentní systémy, praktické aspekty tzv. cloudových výpočtů.
3. Elastické vlastnosti (druhého a vyšších řádů), mechanická stabilita, homogenizace.
4. Ramanovská spektroskopie (výpočty fononů, poruchová teorie funkcionálu hustoty).
5. Magnetismus látek (ferro-/ferri-/para-magnetické stavy, …) a přechody mezi nimi.
6. Heisenbergův model, magnony, magnetismus při konečných teplotách.
7. Hyperjemné interakce a prvoprincipiální výpočty souvisejících parametrů.
8. Defekty (bodové, rozlehlé) a jejich vliv na vlastnosti pevných látek, difuze.
9. Optické vlastnosti látek (pokročilejší metody navazující na teorii funkcionálu hustoty).
10. Diskuze individuálních projektů studentů.
11. Magnetooptické vlastnosti.
12. Elektronová mikroskopie.
13. Transportní jevy.