Jak TO działa? Urządzenia kwantowe
Informacje ogólne
Kod przedmiotu: | 1100-3JTD |
Kod Erasmus / ISCED: | (brak danych) / (brak danych) |
Nazwa przedmiotu: | Jak TO działa? Urządzenia kwantowe |
Jednostka: | Wydział Fizyki |
Grupy: |
Przedmioty ogólnouniwersyteckie na Uniwersytecie Warszawskim Przedmioty ogólnouniwersyteckie Wydziału Fizyki |
Strona przedmiotu: | http://www.fuw.edu.pl/~szczytko/index_JTD.html |
Punkty ECTS i inne: |
3.00
|
Język prowadzenia: | polski |
Rodzaj przedmiotu: | ogólnouniwersyteckie |
Założenia (opisowo): | Atutem Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego jest nie tylko wysokiej klasy kadra naukowa, ale także unikatowe możliwości demonstrowania różnego rodzaju zjawisk fizycznych. Kontakt studentów z prawdziwym eksperymentem przeprowadzanym na ich oczach w czasie wykładu pozwala zrozumieć sens praw fizyki zapisanych w języku matematyki, wyrabia intuicję, ćwiczy zdrowy rozsądek i zapada w pamięć. Chciałbym zaproponować wykład będący uzupełnieniem wykładów z Mechaniki kwantowej, Elektrodynamiki, Fizyki materii skondensowanej itp. o pokazy doświadczalne. Studenci II i III roku Wydziału Fizyki wszystkich kierunków i specjalności mogliby na własne oczy zobaczyć zjawiska kwantowe będące podstawą nowoczesnych technologii. Jest to o tyle ważne, że otacza nas coraz więcej urządzeń działających dzięki zastosowaniu mechaniki kwantowej (diody półprzewodnikowe, twarde dyski, pamięci półprzewodnikowe, ekrany OLED, ogniwa i baterie, detektory promieniowania UV-VIS-IR-GHz itp.), w wielu dziedzinach techniki jesteśmy blisko osiągnięcia limitu kwantowego miniaturyzacji (tranzystory w procesorach, rozmiar bitów na dysku twardym), wraz z rozwojem nanotechnologii pojawiły się np. nowe strategie w diagnostyce i terapii medycznej (nanocząstki służące do obrazowania i niszczenia zmian nowotworowych, pokrycia silver-nano itp.). Studenci Wydziału Fizyki, wkraczający po studiach w dorosłe i samodzielne życie nie raz będą musieli odpowiadać na pytanie „jak to działa”. Zadaniem proponowanego wykładu jest pokazanie w jaki sposób można wykorzystać zjawiska kwantowe do budowy nowych urządzeń oraz jak wytłumaczyć zasady działania. |
Tryb prowadzenia: | lektura monograficzna |
Skrócony opis: |
Disruptive technologies – czyli o postępie technologicznym Jak działa komputer? Logika bramek logicznych Mechanika kwantowa w doświadczeniach Co to są półprzewodniki? Do czego służą studnie, druty, kropki kwantowe? Co to jest nanotechnologia? Dlaczego dioda świeci – jak zamienić ładunek elektryczny na foton? Fotowoltaika – jak zamienić fotony na prąd? Co to jest spin? Czy można się teleportować? Co to jest splątanie kwantowe? Obliczenia kwantowe Czy można złamać szyfr kwantowy? Co to jest grafen – ile kosztuje „czarne złoto”? O uczciwości w nauce – nauka a pseudo-nauka. Czy komputer może myśleć tylko gdy jest nieobliczalny? |
Pełny opis: |
Disruptive technologies – czyli o postępie technologicznym [dyskusja ze studentami na temat rozwoju techniki] Jak działa komputer? Logika bramek logicznych [pokaz działania klasycznych bramek logicznych AND i OR, sumator na przekaźnikach elektromagnetycznych; budowa żywego sumatora] Mechanika kwantowa w doświadczeniach [efekty falowe: dyfrakcja i interferencja światła; elektron jako punkt materialny (lampa elektronowa); ciało doskonale czarne; kamera termowizyjna; efekt fotoelektryczny; linie widmowe atomów; dyfrakcja elektronów (na graficie); nadprzewodnik] Co to są półprzewodniki? [przepływ prądu: metal; jony w cieczy; podgrzewane szkło; termistor + ciekły azot; przerwa energetyczna w świetle przechodzącym przez próbkę; diody] Do czego służą studnie, druty, kropki kwantowe? [lasery półprzewodnikowe; „sztuczny” gekon; luminescencja kropek kwantowych (jak się uda)] Co to jest nanotechnologia? [roztwory kolorowych nanocząstek – zasada nieoznaczoności Heisenberga; pokrycie hydrofobowe (efekt lotosu); podłoże krzemowe (tzw. wafer) z tranzystorami] Dlaczego dioda świeci – jak zamienić ładunek elektryczny na foton? [kolorowe diody; mieszanie barw RGB i CMYK; jak uzyskać białe światło; kamery cyfrowe VIS-IR] Fotowoltaika – jak zamienić fotony na prąd? [zjawisko fotoelektryczne; fotokomórki; diody] Co to jest spin? [pokaz własności magnetycznych materii; indukcja Faradaya (+ nadprzewodnik?); eksperyment Einsteina de Haasa; zapis magnetyczny] Czy można się teleportować? Co to jest splątanie kwantowe [stany splątane; nierówność Bella (klasycznie); detekcja polaryzacji (kryształy dwójłomne, np. kalcyt)] Obliczenia kwantowe [płytki światłodzielące; bramka √NOT (interferometr Macha-Zendera); „pomiar bez oddziaływania” na interferometrze;] Czy można złamać szyfr kwantowy? [protokół kryptografii kwantowej] Co to jest grafen – ile kosztuje „czarne złoto”? [nanorurki i fullereny; badanie powierzchni grafitu/grafenu mikroskopem tunelowym STM (widać pojedyncze atomy!)] O uczciwości w nauce – nauka a pseudo-nauka. [pokazy różnych „cudownych” opasek, „moderatorów pola geopatycznego” itp. dyskusja ze studentami] Czy komputer może myśleć tylko gdy jest nieobliczalny? [dyskusja ze studentami] |
Literatura: |
Wiedza i życie Świat nauki Nature, Science, Physics Today etc. |
Efekty uczenia się: |
K_W01 rozumie znaczenie podstawowych koncepcji, zasad i teorii, a także ich historyczny rozwój i znaczenie nie tylko dla fizyki ale i dla postępu nauk ścisłych/przyrodniczych, poznania świata i rozwoju ludzkości, K_W02 rozumie rolę eksperymentu fizycznego, metod teoretycznych oraz symulacji komputerowych w metodologii badań naukowych; ma świadomość ograniczeń technologicznych, aparaturowych i metodologicznych w badaniach naukowych, K_W04 wie, jak zaplanować i wykonać prosty eksperyment fizyczny oraz przeanalizować otrzymane wyniki; zna elementy teorii niepewności pomiarowych w zastosowaniu do eksperymentów fizycznych, K_U03 posiada umiejętność opisu i rozwiązania problemów fizycznych z zakresu mechaniki, ciepła, elektryczności i magnetyzmu, optyki, K_U04 posiada umiejętności wykonywania pomiarów podstawowych wielkości fizycznych z zakresu mechaniki, ciepła, elektryczności i magnetyzmu, optyki i fizyki jądrowej; potrafi opracować wyniki prostych eksperymentów fizycznych, KU_07 potrafi wykorzystać formalizm fizyki kwantowej do opisu modelowych zjawisk fizycznych, K_K01 zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia K_K02 potrafi precyzyjnie formułować pytania służące pogłębieniu zrozumienia danego tematu K_K03 ma świadomość i zrozumienie społecznych aspektów praktycznego stosowania zdobytej wiedzy i umiejętności oraz związanej z tym odpowiedzialności K_K04 rozumie i docenia znaczenie prawnych aspektów prowadzenia badań oraz uczciwości intelektualnej K_K05 rozumie potrzebę popularyzacji wiedzy fizycznej K_K06 ma świadomość profesjonalizmu i przestrzegania zasad etyki zawodowej K_K08 potrafi formułować opinie na temat podstawowych problemów i teorii fizycznych |
Metody i kryteria oceniania: |
OBECNOŚĆ: - w zasadzie obowiązkowa (trzeba być co najmniej na 10 z 15 wykładów). Na początku każdego wykładu prosty test, więc żeby być dopuszczonym do zaliczenia wykładu należy zdobyć co najmniej 10p z 15 możliwych. ZALICZENIE: Jedna z trzech form: 1. esej na temat PRZYSZŁOŚCI 2. film pokazujący doświadczenie i jego POPULARNE wyjaśnienie na gruncie mechaniki kwantowej 3. Końcowy TEST z wiedzy przekazanej w czasie wykładów |
Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2023/24" (zakończony)
Okres: | 2023-10-01 - 2024-01-28 |
Przejdź do planu
PN WT ŚR WYK
CZ PT |
Typ zajęć: |
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc
|
|
Koordynatorzy: | Jacek Szczytko | |
Prowadzący grup: | Jacek Szczytko, Jakub Wiśniewski | |
Lista studentów: | (nie masz dostępu) | |
Zaliczenie: |
Przedmiot -
Zaliczenie na ocenę
Wykład - Zaliczenie na ocenę |
Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2024/25" (w trakcie)
Okres: | 2024-10-01 - 2025-01-26 |
Przejdź do planu
PN WT ŚR WYK
CZ PT |
Typ zajęć: |
Wykład, 30 godzin, 30 miejsc
|
|
Koordynatorzy: | Jacek Szczytko | |
Prowadzący grup: | Jakub Bręczewski, Julia Kucharek, Jacek Szczytko | |
Lista studentów: | (nie masz dostępu) | |
Zaliczenie: |
Przedmiot -
Zaliczenie na ocenę
Wykład - Zaliczenie na ocenę |
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki.