Izbrana poglavja iz fizike snovi *

Vpis v letnik študija.
Uspešno zaključena prva stopnja študija fizike ali ekvivalentnega študija.

 Struktura atomov in medatomske vezi (struktura atomov – osnovni koncepti, modeli atomov, elektronske konfiguracije, periodni sistem elementov; atomske vezave v trdnih snoveh – ionska vez, kovalentna vez, kovinska vezava)

Struktura kristalov (kristalne strukture – osnovni koncepti, osnovna celica, kovinske kristalne strukture; kristalni sistemi; kristalografske točke, smeri in ravnine; gosto-pakirane kristalne strukture; kristalni in nekristalni materiali)

Električne lastnosti (električna prevodnost – Ohmov zakon, ionska prevodnost, elektronski pasovi v kristalih; izolatorji in polprevodniki; upornost kovin; superprevodnost; dielektriki, feroelektriki, piezoelektričnost)

Magnetne lastnosti (osnovni koncepti – magnetni dipol, vektorji magnetnega polja; diamagnetizem in paramagnetizem, feromagnetizem in antiferomagnetizem; magnetno trdi in mehki materiali; Meissnerjev efekt v superprevodnikih)

Absorpcija svetlobe: klasični in kvantni popis, vzbujena stanja ionov in molekul, absorpcijski koeficient in absorpcijski presek, nasičenje absorpcije, barva snovi.

Fluorescenca: Condonovo pravilo, Stokesov premik, kvantni izkoristek prehoda, izbirna pravila in življenjski časi, fosforescenca in bleditev organskih barvil, značilni primeri iz vsakdanjega življenja in tehnične uporabe (nativna fluorescenca mineralov in bioloških tkiv, fluorescenčno označevanje v biomedicini in tehnologiji varovanja, kriminalistične analize), fluorescirajoče beljakovine in nanostrukture.

Osnove laserjev: inverzna zasedenost, stimulirano sevanje, optični resonator, značilne lastnosti laserske svetlobe (vzdolžna in prečna koherenca), najpomembnejši primeri izvedbe (plinski, kristalni in polprevodniški laserji) in uporabe (telekomunikacija, spominske enote, obdelava materialov, laserska terapija), značilne nevarnosti in zaščitni ukrepi pri delu z laserji.

Optična vlakna: Osnovni princip svetlobnega vodnika, eno- in več-rodovna vlakna, spektralna in modna disperzija, tehnološko pomembni primeri uporabe (telekomunikacije).

Elastično sipanje svetlobe: Klasični in kvantni popis, sipalni koeficient in sipalni presek, fazna funkcija in koeficient anizotropije, Rayleigh-jev in Mie-jev režim sipanja, polarizacijske lastnosti sipane svetlobe, vpliv na izgled (barvo) snovi – primeri iz narave (nebo, voda, oblaki, sneg, biološka tkiva).

Transport svetlobe v režimu večkratnega sipanja: difuzna svetloba, difuzna refleksija, difuzno refleksijska spektroskopija, primeri uporabe (difuzna optična tomografija za medicinsko diagnostiko, funkcijsko slikanje možganov).

Ramanovo sipanje: Klasični in kvantni popis, Ramanska spektroskopija v raziskavi snovi in biomedicini (instrumentacija, primeri uporabe v medicinski diagnostiki)

Fotoakustični pojav: izvor in osnovne lastnosti, značilni primeri uporabe (fotoakustična citometrija, mikroskopija in tomografija)

W.D. Callister, Materials Science and Engineering: An Introduction

M.P. Marder, Condensed matter physics, (Wiley, New York 2000)
C. Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley, New York, 2004).
N. W. Ashcroft in N. D. Mermin, Solid State Physics (Saunders College, Philadelphia, 1976).
P. Chaikin in T. C. Lubensky, Principles of condensed matter physics (Cambridge University Press, Cambridge, 2000).

P. N. Prasad,  Introduction to Biophotonics (John Wiley & Sons, 2003)

Predstaviti najpomembnejše fizikalne pojave v trdni in mehki snovi z uravnoteženim poudarkom na tehnološko najbolj pomembnih uporabah, pojavih, ki jih srečamo v vsakdanjem življenju, ter metodah za raziskave snovi.

Znanje in razumevanje: Razumevanje osnovnih načel fizike trdne in mehke snovi, vključno z biološkimi tkivi. Seznanjanje s temeljnimi koncepti fizikalnega raziskovanja snovi in žive snovi.

Uporaba: Slušatelji se naučijo uporabiti teoretično fizikalno znanje za razlago zahtevnejših pojavov, ki izhajajo iz strukture nežive in žive snovi in ki jih srečamo v vsakdanjem življenju.

Refleksija: Študenti spoznajo, da je mnoge pomembne lastnosti trdne, mehke in žive snovi mogoče pojasniti z osnovnimi koncepti termodinamike, statistične mehanike, elastomehanike, elektromagnetnega polja in fizike trdne snovi.

Prenosljive spretnosti - niso vezane le na en predmet: Slušatelji spoznajo fizikalne osnove delovanja nekaterih sodobnih naprav in zgradbe molekularnih bioloških sistemov, kar jim pomaga razmeti vlogo fizike v naravoslovnih in tehniških vedah ter širi njihovo interdisciplinarno obzorje.

Predavanja, seminarji in konzultacije

Pisni test.
Domače naloge, sodelovanje pri obravnavi snovi in seminar
5 - 10, pri čemer velja, da je pozitivna ocena od 6 - 10

Janez Dolinšek:

1. P. Koželj, S. Vrtnik, A. Jelen, M. Krnel, D. Gačnik, G. Dražić, A. Meden, M. Wencka, D. Jezeršek, J. Leskovec, S. Maiti, W. Steurer, J. Dolinšek, Discovery of a FeCoNiPdCu high-entropy alloy with excellent magnetic softness. Adv. Eng. Mater. 21 (2019) 1801055.
2. M. Wencka, M. Krnel, A. Jelen, S. Vrtnik, J. Luzar, P. Koželj, D. Gačnik, A. Meden, Q. Hu, C. Wang, S. Guo, J. Dolinšek, Electronic transport properties of the Al0.5TiZrPdCuNi alloy in the high-entropy alloy and metallic glass forms. Sci. Rep. 12 (2022) 2271.
3. M. Krnel, A. Jelen, S. Vrtnik, J. Luzar, D. Gačnik, P. Koželj, M. Wencka, A. Meden. Q. Hu, S. Guo, J. Dolinšek, The effect of scandium on the structure, microstructure and superconductivity of equimolar Sc-Hf-Nb-Ta-Ti-Zr refractory high-entropy alloys. Materials 15 (2022) 1122.
4. M. Wencka, M. Bobnar, T. Apih, Q. Hu, S. Guo, J. Dolinšek, 27Al NMR local study of the Al0.5TiZrPdCuNi alloy in high-entropy and metallic glass forms. Phys. Rev. B 105 (2022) 174208.
5. P. Koželj, S. Vrtnik, A. Jelen, S. Jazbec, Z. Jagličić, S. Maiti, M. Feuerbacher, W. Steurer, J. Dolinšek, Discovery of a superconducting high-entropy alloy, Phys. Rev. Lett. 113 (2014) 107001.

Boris Majaron:

1. A. Kavčič, M. Garvas, M. Marinčič, K. Unger, A. M. Coclite, B. Majaron, M. Humar, Deep tissue localization and sensing using optical microcavity probes. Nature Commun. 13, 1269 (2022)
2. B. Višić, L. Pirker, M. Opačić, A. Milosavljević, N. Lazarević, B. Majaron, M. Remškar, Influence of crystal structure and oxygen vacancies on optical properties of nanostructured multi-stochiometric tungsten suboxides. Nanotechnol. 33, 275705 (2022)
3. N. Verdel, A. Marin, M. Milanič, B. Majaron, Physiological and structural characterization of human skin in vivo using combined photothermal radiometry and diffuse reflectance spectroscopy. Biomed. Opt. Expr. 10, 944–60 (2019)
4. J. M. Burns, R. Saager, B. Majaron, W. Jia, B. Anvari, Optical properties of biomimetic probes engineered from erythrocytes. Nanotechnol. 28, 035101 (2017)
5. M. Ličen, B. Majaron, J. Noh, C. Schütz, L. Bergström, J. Lagerwall, I. Drevenšek-Olenik, Correlation between structural properties and iridescent colors of cellulose nanocrytalline films. Cellulose 23, 3601 (2016)
6. B. Majaron, M. Milanič, J. Premru, Monte Carlo simulation of radiation transport in human skin with rigorous treatment of curved tissue boundaries. J. Biomed. Opt. 20, 015002 (2015)