Eksperimentalna fizika površin

Vpis v letnik študija.
Opravljeno samostojno delo je pogoj za pristop k ustnemu izpitu.

Fizika mehkih površin:
Interakcije med molekulami in DLVO teorija. Van der Waalsova in elektrostatska sila med površinami. Strukturne sile v tekočinah, adhezija, in kapilarne sile. Princip delovanja STM, AFM in sorodnih tehnik vrstične mikroskopije. Spektroskopija sil z AFM. Princip delovanja optične pincete, spektroskopija sil in manipulacija snovi.

Fizika trdnih površin:
Geometrijska struktura površin, red dolgega dosega. Relaksacija in rekonstrukcija. Morfologija in fazni prehodi na površinah. Tanki filmi in epitaksialna rast kristalov. Elektronske in strukturne lastnosti tankih filmov. Osnove in uporaba sinhrotronske svetlobe.

Vaje iz eksperimentalnih metod :
Strukturne tehnike: Meritev strukture in reda dolgega dosega na trdih površinah in tankih filmih (uklon elektronov in rentgenskih žarkov, sipanje He atomov). Določitev lokalne strukture na povšinah – uklon fotoelektronov.
Spektroskopske tehnike: Meritev kemijske sestave površin z rentgensko spektroskopijo (XPS), meritev zasedenih valenčih stanj z UV fotoemisijo. Meritev absorpcije rentgenskih žarkov (NEXAFS) - spektroskopija nezasedenih elektronskih stanj. Meritev molekulske geometrije na površinah. Spektromikroskopija s sinhrotronsko svetlobo.
Vaje iz STM mikroskopije in spektroskopije. Manipulacija in tunelska spektroskopija posameznih atomov ali molekul z nizkotemperaturnim STM. Vaje iz AFM mikroskopije in sorodnih tehnik. Uporaba AFM v bioloških sistemih. Vaje iz spektroskopije sil z AFM, vaje iz uporabe optične pincete.

1. J. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Academic Press, 1992.
4. R. Wiesendanger, Scanning probe microscopy, Springer, 1998.
5. J.P.Fillard, Near field optics and nanoscopy, World Scientific, 1996.
6. A. Zangwill, Physics at Surfaces, Cambridge UP, 1988.
7. D.P.Woodruff, T.A.Delchar, Modern techniques in surface science, Cambridge 1994.
8. J.M.Walls, R. Smith, Surface science techniques, Pergamon, 1994
9. D.Meyers, Surfaces, Interfaces and Colloids, VCH Publishers Inc., 1991.
10.P.A.Kralchevsky, K. Nagayama, Particles at Fluid Interfaces and Membranes, Elsevier 2001.

Cilji:
Fizika mehkih površin
Spoznavanje in razumevanje fizike mejnih površin kristalov in mehke snovi s posebnim poudarkom na praktični uporabi eksperimentalnih metod za spektroskopijo in strukturno analizo mejnih plasti.

Fizika trdnih površin
Študent se spozna z modernimi eksperimentalnimi tehnikami za proučevanje in manipuliranje trdnih površin, tankih plasti in formacije nanostruktur, ter njihovo uporabo za proučevanje temeljnih fizikalnih procesov in novih materialov.

Predmetno specifične kompetence:
Osvojeno znanje o eksperimentalnih tehnikah, seznanitev z različnimi komplementarnimi tehnikami, načini merjenja in njihove uporabe.
Osnove vakuumske tehnike, in-situ formiranja in manipulacije vzorcev, delovanja detekcijskih sistemov.

Znanje in razumevanje
Pridobitev praktičnega znanja na področju eksperimentalnih tehnik za raziskave mehkih in trdnih površin. Kritična uporaba znanj teoretičnih predmetov iz različnih področij fizike v pristopu k eksperimentom mejnih plasti snovi. Razumevanje poteka znanstvenega eksperimenta od načrtovanja, preko izvedbe do analize rezultatov in zaključka.
Uporaba
Sposobnost dela s kompleksnimi aparaturami. Sposobnost timskega dela in sodelovanja v projektnih skupinah. Razumevanje načrtovanja in izvedbe eksperimentalnega dela.
Refleksija
Kritično ovrednotenje eksperimentalnih rezultatov. Uporaba pridobljenih teoretičnih znanj v povezavi z različnimi eksperimentalnimi tehnikami in meritvami.
Prenosljive spretnosti - niso vezane le na en predmet
Interdisciplinarna projekcija pridobljenih znanj oziroma sposobnost reševanja problemov na sorodnih naravoslovnih področjih (fizika materialov, nanofizika, biofizika, organska elektronika itd.).

Predavanja, vaje, seminar, individualne naloge, konzultacije

Ustni izpit. Izpit se opravi iz obveznega dela Eksperimentalne tehnike in izborom med fiziko trdnih površin in fiziko mehkih površin. Obvezno je pisno poročilo o udeležbi pri meritvah izbranih eksperimentov v obliki seminarja in zagovora pri ustnem izpitu.
5 - 10, pri čemer velja, da je pozitivna ocena od 6 - 10

prof. dr. Igor Muševič
1. I. Muševič et al. Science 313, 954(2006).
2. M. Humar, M. Ravnik, S. Pajk, I. Muševič, Nature Photonics 3, 595-600(2009).
3. U. Tkalec, M. Ravnik, S. Čopar, S. Žumer and I. Muševič, Science 333, 62(2011).
prof. dr. Dean Cvetko:
1. A. Schiffrin, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2007, vol. 104, no 13, str. 5279-5284. [COBISS-SI-ID 1985636]
2. A.Batra, G.Kladnik, H.Vazquez, J.Meisner, L.Floreano, C.Nuckolls, D. Cvetko, A.Morgante, L.Venkataraman, Nature communications, ISSN 2041-1723, 2012, vol. 3, str. 1086-1-1086-7, doi: 10.1038/ncomms2083.
A.Batra, G.Kladnik, N.Gorjizadeh, J.Meisner, M.Steigerwald, C.Nuckolls, S.Y.Quek, D.Cvetko, A.Morgante, L.Venkataraman, Journal of the American Chemical Society, ISSN 0002-7863, 2014, vol. 136, iss. 36, str. 12556-12559, ilustr. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja5061406, doi: 10.1021/ja5061406.