Υπολογιστικές Μέθοδοι και Προσομοιώσεις Λειτουργικών Υλικών
| Τίτλος | Υπολογιστικές Μέθοδοι και Προσομοιώσεις Λειτουργικών Υλικών / Computational Methods & Simulations of Functional Materials |
| Κωδικός | ΠΥΥ102 |
| Σχολή | Θετικών Επιστημών |
| Τμήμα | Φυσικής |
| Κύκλος / Επίπεδο | 2ος / Μεταπτυχιακό |
| Περίοδος Διδασκαλίας | Χειμερινή/Εαρινή |
| Κοινό | Όχι |
| Κατάσταση | Ενεργό |
| Course ID | 600023509 |
Πρόγραμμα Σπουδών: ΠΜΣ ΠΡΟΗΓΜΕΝΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ
Εγγεγραμμένοι φοιτητές: 13
| Κατεύθυνση | Τύπος Παρακολούθησης | Εξάμηνο | Έτος | ECTS |
|---|---|---|---|---|
| ΚΟΡΜΟΣ | Υποχρεωτικό | 1 | 1 | 5 |
| Τίτλος | Υπολογιστικές Μέθοδοι και Προσομοιώσεις Λειτουργικών Υλικών |
| Ακαδημαϊκό Έτος | 2025 – 2026 |
| Περίοδος Τάξης | Χειμερινή |
| Διδάσκοντες μέλη ΔΕΠ | |
| Ώρες Εβδομαδιαία | 3 |
| Ώρες Συνολικά | 39 |
| Class ID | 600285440
|
Τύπος Μαθήματος
Γενικού Υποβάθρου
Τρόπος Παράδοσης
- Πρόσωπο με πρόσωπο
Ηλεκτρονική Διάθεση Μαθήματος
- e-Οδηγός Σπουδών https://qa.auth.gr/el/class/1/600285440
- Στον ιστοχώρο του Τμήματος: http://pms.physics.auth.gr/materials2024/lessons/ypologistikes-methodoi-kai-prosomoioseis-leitourgikon-ylikon/
- eLearning: https://elearning.auth.gr/course/view.php?id=18274
Erasmus
Το μάθημα προσφέρεται και σε φοιτητές
προγραμμάτων ανταλλαγής.
Γλώσσα Διδασκαλίας
- Ελληνικά (Διδασκαλία, Εξέταση)
Προαπαιτήσεις
Γενικές Προαπαιτήσεις
Βασικές γνώσεις Προγραμματισμού Υπολογιστών και Φυσικής Στερεάς Κατάστασης
Μαθησιακά Αποτελέσματα
Με την επιτυχή ολοκλήρωση οι φοιτητές/φοιτήτριες
-θα έχουν μια σφαιρική γνώση στα υπολογιστικά θέματα που μελετά η Φυσική Στερεάς Κατάστασης
-θα είναι σε θέση να επιλύουν υπολογιστικά προβλήματα που σχετίζονται με τα υλικά που μελετάει η Φυσικής Στερεάς Κατάστασης
Γενικές Ικανότητες
- Εφαρμογή της γνώσης στην πράξη
- Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις
- Παραγωγή νέων ερευνητικών ιδεών
- Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
Περιεχόμενο Μαθήματος
Στο πλαίσιο του μαθήματος θα γίνει μια διεξοδική εμβάθυνση σε υπολογιστικές μεθόδους στην Φυσική και τεχνολογία των Υλικών. Το μάθημα θα αναλύει τις διαθέσιμες υπολογιστικές μεθόδους στην ατομική κλίμακα, στο μεσοσκοπικό επίπεδο και στο μακροσκοπικό επίπεδο. Αρχικά θα αναλύουμε τους υπολογισμούς πρώτων αρχών (Hartree (H), Hartree Fock (HF), Density functional theory (DFT), Linear Augmented Plane Wav (LAPW), Linear combination of atomic orbitals (LCAO)) και τους υπολογισμούς Tight Binding (TB), οι οποίοι είναι η πιο απλουστευμένη μορφή υπολογισμών αλληλεπίδρασης ατόμων λαμβάνοντας υπόψη την ηλεκτρονική δομή του υλικού. Στη συνέχεια θα αναλύονται οι υπολογισμοί Μοριακής Δυναμικής καθώς και Monte Carlo, είτε με τη χρήση πρώτων αρχών αλλά κυρίως με τη χρήση διατομικών δυναμικών. Στη συνέχεια θα δίνονται οι βασικές αρχές των υπολογισμών συνεχούς μέσου που εφαρμόζονται στις προσομοιώσεις μακροσκοπικής κλίμακας. Θα αναλύονται οι βασικές θεωρητικές αρχές και αλγόριθμοι των παραπάνω μεθόδων καθώς και οι περιορισμοί των εφαρμογών τους. Επιπρόσθετα θα αναλύονται οι υπολογιστικές μέθοδοι Artificial Intelligence, Machine Learning και Deep Learning. Οι παραπάνω μέθοδοι ανάλυσης δεδομένων, αποτελούν βασικό συστατικό της επεξεργασίας πειραματικών δεδομένων αλλά και της “εξόρυξης” δεδομένων από υπολογισμούς μεγάλης κλίμακας.
Οι εφαρμογές των υπολογιστικών μεθόδων που θα αναλυθούν είναι σύγχρονα υπολογιστικά προβλήματα στη Φυσική των Υλικών, όπως υπολογιστική μοντελοποίηση και ανάλυση κρυσταλλικών δομών, περιοδικές συνθήκες, δημιουργία επιφανειών, διεπιφανειών και εκτεταμένων ατελειών. Υπολογισμοί σταθερών πλέγματος με δυναμικά αλληλεπίδρασης ατόμων. Υπολογισμοί ενέργειας-εύρεση κατάστασης ελάχιστης ενέργειας, ευσταθείς καταστάσεις. Επεξεργασία δομικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων υπολογισμών πρώτων αρχών κρυσταλλικών υλικών. Ενεργειακό χάσμα ημιαγωγών, πυκνότητα ενεργειακών καταστάσεων, στατιστικές & θερμοδυναμικές ιδιότητες της ύλης.
Λέξεις Κλειδιά
Τεχνητή νοημοσύνη, μηχανική μάθηση και βαθιά μάθηση, Συναρτησιακή θεωρία πυκνότητας (DFT), Γραμμικός συνδυασμός ατομικών τροχιακών (LCAO), Ισχυρή δέσμευση (TB), Μοριακή δυναμική, Monte Carlo, Πρώτες αρχές Συναρτησιακή θεωρία πυκνότητας (DFT), Γραμμικός συνδυασμός ατομικών τροχιακών (LCAO), Σφιχτή δέσμευση (TB), Μοριακή Δυναμική, Monte Carlo, Πρώτες Αρχές
Τύποι Εκπαιδευτικού Υλικού
- Σημειώσεις
- Διαφάνειες
- Πολυμεσικό υλικό
- Βιβλίο
Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
Χρήση Τ.Π.Ε.
- Χρήση Τ.Π.Ε. στη Διδασκαλία
- Χρήση Τ.Π.Ε. στην Επικοινωνία με τους φοιτητές
- Χρήση Τ.Π.Ε. στην Αξιολόγηση των Φοιτητών
Περιγραφή
-Διδασκαλία με powerpoint, προσομοιώσεις και βίντεο που δείχνουν τις ιδιότητες, τα φαινόμενα και τις εφαρμογές της Yπολογιστικής Φυσικής Στερεάς Κατάστασης.
-Ηλεκτρονική επικοινωνία (email, elearning)
-Κουΐζ, Ασκήσεις μέσω elearning
Οργάνωση Μαθήματος
| Δραστηριότητες | Φόρτος Εργασίας | ECTS | Ατομικά | Ομαδικά | Erasmus |
|---|---|---|---|---|---|
| Διαλέξεις | 26 | 1,0 | ✓ | ||
| Μελέτη και ανάλυση βιβλίων και άρθρων | 36 | 1,4 | ✓ | ||
| Διαδραστική διδασκαλία στο Υπολογιστικό Κέντρο | 13 | 0,5 | ✓ | ||
| Εκπόνηση μελέτης (project) | 48 | 1,9 | ✓ | ||
| Εξετάσεις | 2 | 0,1 | ✓ | ||
| Σύνολο | 125 | 5 |
Αξιολόγηση Φοιτητών
Περιγραφή
Γραπτή εξέταση που περιλαμβάνει θέματα-ερωτήσεις που απαιτούν κριτική σκέψη σχετικά με υπολογιστικές μεθόδους σε φαινόμενα και ιδιότητες υλικών της Στερεάς Κατάστασης.
Μέθοδοι Αξιολόγησης Φοιτητών
- Γραπτή Εξέταση με Ερωτήσεις Σύντομης Απάντησης (Συμπερασματική)
- Γραπτή Εξέταση με Ερωτήσεις Εκτεταμένης Απάντησης (Συμπερασματική)
- Γραπτή Εξέταση με Επίλυση Προβλημάτων (Συμπερασματική)
Βιβλιογραφία
Βιβλιογραφία μαθήματος (Εύδοξος)
1. Η ΓΛΩΣΣΑ PYTHON ΣΕ ΒΑΘΟΣ, ΝΙΚΟΣ Μ. ΧΑΤΖΗΓΙΑΝΝΑΚΗΣ, 2023, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ, Εύδοξος:122075004, ISBN: 9789606454714
Επιπρόσθετη βιβλιογραφία για μελέτη
1)Electronic structure: Basic theory & practical methods, R. M. Martin
2)Interatomic Forces in Condensed Matter, M. Finnis
3)Atomic and Electronic Structure of Solids, E. Kaxiras
4)Computational Physics, J.M. Thijsen
5)Deep Learning with Python, François Chollet
Τελευταία Επικαιροποίηση
12-01-2024
