Inżynieria nanostruktur – II rok

Język angielski dla nauk ścisłych lub dla nauk technicznych

Semestr: zimowy/letni
Godziny: 120 (60 – zimowy, 60 – letni)
Forma zaliczenia: zaliczenie (zimowy)/egzamin (letni)

Przedmiot obejmuje łącznie 120 godzin zajęć z języka angielskiego dla studentów kierunków ścisłych, z czego 8 przeprowadzanych jest metodą e-learningu. Celem kursu jest przygotowanie studentów do posługiwania się specjalistycznym językiem angielskim, umożliwiającym funkcjonowanie w środowisku naukowym, akademickim i zawodowym. Zajęcia składają się z dwóch części, pierwsza odbywa się w semestrze zimowym, druga – w letnim. 

Analiza matematyczna 2 

Semestr: zimowy
Godziny: 75
Forma zaliczenia: egzamin

Tematyka wykładu obejmuje definicje, własności i podstawowe twierdzenia dotyczące transformat Fouriera, Laplace’a i DFT  w zastosowaniu do funkcji ciągłych i dyskretnych. Ćwiczenia mają na celu nabycie umiejętności obliczania powyższych transformat dla prostych funkcji oraz wykorzystywania ich własności przy wyznaczaniu transformat bardziej złożonych funkcji. Omawiane są też zagadnienia dotyczące szeregów zespolonych i własności elementarnych funkcji zmiennej zespolonej. Przedstawiane metody służą później jako podstawowe narzędzia wykorzystywane do analizy i przetwarzania sygnałów analogowych i cyfrowych. 

Fizyka kwantowa dla NANO 

Semestr: zimowy
Godziny: 90
Forma zaliczenia: egzamin

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z pojęciami i metodami fizyki kwantowej oraz rozwiązaniami dla kilku najprostszych układów modelowych. Po zaliczeniu przedmiotu słuchacze mają ogólną wiedzę o kwantowej strukturze materii, umiejętność posługiwania się podstawowym formalizmem mechaniki kwantowej. Są przygotowani do rozumienia bardziej szczegółowych zajęć, np. z fizyki atomowo-molekularnej, fizyki ciała stałego oraz nanostruktur. 

Podstawy elektroniki dla NANO 

Semestr: zimowy
Godziny: 57
Forma zaliczenia: egzamin

Celem wykładu jest przedstawienie elementarnych zagadnień z zakresu elektroniki dotyczących wytwarzania, przetwarzania oraz metod analizy analogowych i cyfrowych sygnałów elektrycznych. Poznanie funkcjonalności,  modelowania działania podstawowych elementów i urządzeń elektronicznych. Wykład obejmuje 30 godzin ilustrowanych pokazami.

Celem zajęć laboratoryjnych jest pogłębienie i utrwalenie wiedzy teoretycznej poprzez praktyczne doświadczenia  nad wybranymi podstawowymi zagadnieniami elektroniki, przeprowadzane na stanowiskach wyposażonych w specjalnie skonstruowane układy elektroniczne oraz sprzęt pomiarowy i diagnostyczny niezbędny do ich badania. Zajęcia obejmują 27 godzin ćwiczeń laboratoryjnych.

Laboratorium metod instrumentalnych, badania i syntezy nanostruktur 

Semestr: zimowy
Godziny: 60
Forma zaliczenia: zaliczenie

Celem laboratorium jest zapoznanie studentów z zaawansowanymi metodami instrumentalnymi, w tym z teorią, budową i zasadą działania aparatury, z technikami pomiarowymi oraz z chemicznymi metodami wytwarzania nanomateriałów (w szczególności w formie cienkich warstw). Student zapoznaje się z najważniejszymi zagadnieniami z zakresu, metod rentgenostrukturalnych, spektroskopii oscylacyjnej (IR i Ramana), spektroskopii UV-Vis, technik obrazowania mikroskopowego oraz metod analizy termicznej. W ramach bloku student nabywa umiejętności przygotowania próbek, i sprawdzania aparatury analitycznej, wykonania analiz, metod opracowania i analizy statystycznej wyników oraz przygotowania raportów analitycznych zgodnie z zasadami dobrej praktyki laboratoryjnej. 

Podstawy programowania 2 (C++)

Semestr: zimowy
Godziny: 30
Forma zaliczenia: zaliczenie

Na zajęciach przećwiczone będą podstawowe operacje i konstrukcje w językach programowania, w szczególności instrukcje warunkowe oraz pętle. Następnie omówione zostaną struktury danych, takie tablice statyczne i dynamiczne. Krótko omówione będą podstawowe operacje na plikach, a także mechanizmy tworzenie podprogramów. 

Chemia kwantowa 

Semestr: letni
Godziny: 30
Forma zaliczenia: egzamin

Przedmiot ,,chemia kwantowa” obejmuje wykłady oraz ćwiczenia laboratoryjne/komputerowe. Celem zajęć jest zapoznanie studenta z zagadnienieniami dotyczącymi chemii kwantowej, podstaw mechaniki kwantowej, oraz ich wykorzystania do modelowania struktur elektronowych i właściwości związków organicznych. 

Opanowanie zagadnień z zakresu chemii kwantowej stanowi podłoże dla studiowania bardziej złożonych problemów związanych z nanotechnologią realizowanych na wyższych semestrach. 

Technika cyfrowa dla NANO 

Semestr: letni
Godziny: 54
Forma zaliczenia: egzamin

Celem wykładu jest zapoznanie słuchaczy z podstawami techniki cyfrowej w zakresie logiki binarnej, opisu układów cyfrowych, syntezy logicznej, projektowania bloków funkcjonalnych. Przekazywane są aktualne informacje dotyczące technologii układów cyfrowych oraz ich najważniejszych parametrów wynikających ze sposobu ich wytwarzania. Nacisk położony jest na zagadnienia techniczne i aplikacyjne.

Pracownia inżynierii nanostruktur i technik pomiarowych (PINiTP)

Semestr: letni
Godziny: 60
Forma zaliczenia: zaliczenie

Laboratorium obejmuje wykonanie eksperymentów w małych grupach badawczych (1-3 studentów) w różnych Katedrach Naukowych na WFAiIS UMK w Toruniu oraz w innych zewnętrznych instytucjach naukowych i/lub firmach prywatnych. Tematyka ćwiczeń związana jest w wytwarzaniem nanostruktur i nanostruktur hybrydowych oraz nowoczesnymi technikami pomiarowymi pozwalającymi na określenie własności fizykochemicznych wytworzonych nanostruktur. Studenci wykonują cztery ćwiczenia do wyboru z ośmiu. 

Uzupełniające przedmioty do wyboru:

Fizyka atomowa i molekularna 

Semestr: zimowy
Godziny: 60
Forma zaliczenia: egzamin

Celem zajęć jest przekazanie wiedzy dotyczącej budowy atomów i cząsteczek, struktury ich poziomów energetycznych oraz widm absorpcyjnych i emisyjnych, oraz przedstawienie podstaw spektroskopii atomowej i molekularnej jako narzędzia do badania struktury i widm atomów i cząsteczek. 

Elektryczność i magnetyzm 

Semestr: zimowy
Godziny: 60
Forma zaliczenia: egzamin

Celem wykładu jest uzupełnienie wiadomości dotyczących pola elektromagnetycznego zdobytych w czasie kursu z podstaw fizyki. W szczególności omówione zostaną podstawowe aspekty oddziaływania pól statycznych i dynamicznych z ośrodkami materialnymi w ujęciu elektrodynamiki klasycznej oraz pola wytwarzane przez ładunki w ruchu. 

Optyka 

Semestr: letni
Godziny: 60
Forma zaliczenia: egzamin

Wykład z optyki mający na celu przekazanie wiedzy na temat natury światła oraz jego opisu w ujęciu geometrycznym, falowym oraz korpuskularnym, a także wprowadzenie formalizmu pozwalającego na opis układów i zjawisk optycznych. W ramach wykładu zostanie przedstawiony opis propagacji światła w ośrodkach i prostych układach optycznych, zwięźle opisany szereg zjawisk optycznych, zawierający m. in. interferencję i dyfrakcję, polaryzację światła, efekty akusto- i elektro-optyczne czy efekty związane z optyką nieliniową. Zjawiska te będą omawiane w kontekście wykorzystania zarówno w urządzeniach życia codziennego jak również w urządzeniach pomiarowych i nauce. W celu wykształcenia umiejętności przewidywania parametrów prostych układów optycznych i zjawisk fizycznych metodami analitycznymi na zajęciach rachunkowych zostanie rozwiązanych szereg zagadnień problemowych. 

Przedmioty do wyboru dla NANO II rok:

Kursy komputerowe (LaTeX, LabView, Excel)

Semestr: zimowy (Excel), letni (LaTeX, LabView)
Godziny: 30 (każdy)
Forma zaliczenia: zaliczenie

Kurs z programu Microsoft Excel to laboratorium mające na celu rozszerzenie umiejętności pracy w tym programie, poznania różnych typów funkcji, zaawansowanych narzędzi analizy danych oraz podstaw programowania VBA. 

Kurs z programu LaTeX pokazuje w jaki sposób używając tego progamu, można przygotować tekst zawierający wzory matematyczne, grafikę, tabelę i inne elementy edytorskie.  

Kurs z pakietu LabView (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) ma pomóc w praktycznym opanowaniu pakietu, służącego do szybkiego tworzenia aplikacji działających w środowisku Windows. LabView jest oparte o graficzny język programowania G (którego znajomość NIE jest wymagana) i zawiera w pełni zintegrowane procedury komunikacji z urządzeniami zewnętrznymi takie jak: GPIB, VXI, PXI, RS-232 oraz z układami na kartach w standardzie ISA i PCI. Zawiera również zintegrowane procedury dla aplikacji internetowych (TCP/IP) oraz ActiveX.  

Budowa i podstawowe własności materiałów

Semestr: zimowy
Godziny: 45
Forma zaliczenia: egzamin

Wykład jest przeznaczony dla studentów „nanomateriały” i ma charakter propedeutyczny, niezbędny dla wszystkich kierunków w tematyce inżynierii materiałowej, fizyki i chemii materiałów, technologii półprzewodników itp. Celem przedmiotu jest ogólne wprowadzenie do tematyki budowy i własności materiałów, tak w zakresie fizyki, chemii, inżynierii materiałowej jak praktycznych zastosowań materiałów. Kompetencje w zakresie zastosowań (i recyklingu) materiałów przydatne będą również w innych praktycznych zastosowaniach. 

Wstęp do systemu UNIX

Semestr: zimowy
Godziny: 45
Forma zaliczenia: zaliczenie

Podstawowym celem przedmiotu jest przedstawienie podstawowych funkcji, zadań i sposobu działania systemu operacyjnego UNIX oraz zdobycie przez studentów podstawowych praktycznych umiejętności związanych z używaniem, pracą i zarządzaniem tym system. 

Metody numeryczne dla NANO 

Semestr: zimowy
Godziny: 60
Forma zaliczenia: egzamin

Celem wykładu jest zapoznanie studentów z podstawami metodami numerycznymi stosowanymi w praktyce fizycznej, matematyce, praktyce inżynierskiej, chemicznej i informatycznej. Dodatkowo omawiane są systemy liczenia i sposób reprezentacji informacji w komputerze a także źródła błędów numerycznych. Omawiane są zasady programowania strukturalnego i optymalizacji programowania. Praktyczna realizacja metod numerycznych w wybranym języku programowania strukturalnego (FORTRAN, C, C++, MATLAB, PYTHON). 

Wybrane aspekty energetyki odnawialnej 

Semestr: zimowy
Godziny: 15
Forma zaliczenia: egzamin

Wykład porusza tematykę odnawialnych źródeł energii. Na wykładzie omawiane będą zagadnienia związane z pozyskiwaniem energii ze źródeł odnawialnych wpływ OZE na środowisko, a także aspekty prawne. 

Metody badania materiałów nanostrukturalnych 

Semestr: zimowy
Godziny: 30
Forma zaliczenia: egzamin

Celem wykładu jest zapoznanie studentów z aktualną wiedzą w zakresie nowoczesnych metod badawczych stosowanych do badań i charakteryzacji nanostruktur. 

Sztuczna inteligencja w fizyce 

Semestr: zimowy
Godziny: 30
Forma zaliczenia: zaliczenie

Zajęcia z przedmiotu „Sztuczna inteligencja w fizyce teoretycznej” na kierunku inżynieria nanostruktur obejmują 30 godzin wykładów. Przedmiot obejmuje zagadnienia związane z wykorzystaniem metod sztucznej inteligencji, w szczególności sieci neuronowych, w fizyce teoretycznej i obliczeniowej. Wykład rozpoczyna się ogólnym wprowadzeniem do uczenia maszynowego (ang. machine learning), a następnie koncentruje się na uczeniu głębokim (ang. deep learning), w szczególności na wykorzystaniu sieci neuronowych do rozwiązywania/modelowania różnych problemów fizycznych. 

Wybrane zagadnienia mechaniki kwantowej 

Semestr: letni
Godziny: 30
Forma zaliczenia: egzamin

Zajęcia z przedmiotu „Wybrane zagadnienia mechaniki kwantowej” na kierunku inżynieria nanostruktur obejmują 30 godzin wykładów. Przedmiot dotyczy zagadnień związanych z efektami kwantowymi uzupełniając wiedzę uzyskaną na podstawowym kursie z fizyki kwantowej. W ramach kursu zostaną omówione efekty oraz teorie kwantowe rozwijane i badane zaczynając od drugiej połowy XX wieku, a kończąc na czasach współczesnych. Zasadniczym celem kursu jest zobrazowanie procesu rozwoju teorii kwantowej na przestrzeni lat oraz adekwatnego do niego aparatu matematycznego.