Jak TO działa? Urządzenia kwantowe 1100-JTD-OG

http://www.fuw.edu.pl/~szczytko/index_JTD.html

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]

Rodzaj przedmiotu

ogólnouniwersyteckie

Tryb prowadzenia

w sali
lektura monograficzna

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.

Koordynatorzy przedmiotu

Jacek Szczytko

Efekty kształcenia

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

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

Literatura

Wiedza i życie
Świat nauki
Nature, Science, Physics Today etc.

Więcej informacji

Więcej informacji o poziomie przedmiotu, roku studiów (i/lub semestrze) w którym się odbywa, o rodzaju i liczbie godzin zajęć - szukaj w planach studiów odpowiednich programów. Ten przedmiot jest związany z programami:

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 1100-JTD-OG w USOSweb