Aplikace kvantové chemie - vlastnosti a design materiálů

Sylabus

1.    Struktura materiálů  Struktura krystalických materiálů, krystalové mřížky, prostorové grupy symetrie. Materiálové databáze. Bodové defekty. Amorfní materiály (kapalné krystaly, sklo, atd.). Dislokace. Slitiny.

2.    Úvod do kvantové teorie pevných látek Elektron v periodickém potenciálu, translační symetrie a Blochův teorém, rovinné vlny, reciproká mřížka, Brillouinova zóna, hustota stavů a pásová struktura, Fermiho energie a povrch

3.    Metody výpočtů energií a vlastností materiálů Teorie funkcionálu elektronové hustoty, pseudopotenciály a báze pro rozvoj vlnových funkcí. Hubbardův model pro popis silně korelovaných elektronů. Tight-Binding metoda. Empirické meziatomové potenciály a potenciály získané strojovým učením (machine learning force fields).

4.    Základní vlastnosti a charakterizace materiálů Kmity mřížky (fonony, stabilita mřížky, fázové přechody, tepelná kapacita), optické a transportní vlastnosti (vodivost, dielektrická funkce, excitony, plazmony), magnetické vlastnosti (Isingův model, ferromagnetizmus a antiferomagnetizmus, kritické chováni, magnony)

5.    Aplikace materiálů a metodologická specifika jednotlivých aplikací. Heterogenní katalýza. Adsorpce. Fotočlánky. Baterie. Spintronika. atp.

Anotace

Přednáška seznamuje studenty se základními pojmy, modely a metodami studia struktury a vlastností materiálů, s důrazem na atomistickou reprezentaci materiálů kombinovanou s popisem elektronů na kvantově-mechanické úrovni. V kurzu budou také uvedeny příklady relevantních aplikací materiálů, spojeny se zmínkou pokročilejších výpočetních metod. Kurz by měl umožnit studentům základní porozumění širokému spektru publikací z oblasti fyziky pevné fáze.

Ve školním roce 2022/2023 je zvolena zejména forma samostudia doplněná pravidelnými konzultacemi.