Behörighetskrav

120 hp teknik/naturvetenskap. Alternativ 1: Kvantfysik eller Kvantfysik F genomgången; Alternativ 2: Introduktion till materialvetenskap (10 hp) genomgången. Engelska 6. (Med en svensk kandidatexamen uppfylls kravet på engelska.)

Mål

Efter godkänd kurs ska studenten kunna:

• analysera och tillämpa kvantmekaniska begrepp för att beskriva elektronstruktur hos atomer och molekyler.
• redogöra för modeller, begrepp och arbetsmetoder inom teoretisk och experimentell atom- och molekylfysik.
• välja lämpliga approximationer för att bygga upp flerelektronsystems och molekylers elektronstruktur med olika komplexitet.
• redogöra för hur elektronstruktur och geometrisk struktur hänger ihop med stigande antal atomer – från enstaka, via molekyler till det fasta tillståndet.
• jämföra och redogöra för moderna experimentella metoder för att utföra experiment inom atomers och molekylers fysiska egenskaper.

Innehåll

Kvantmekanisk beskrivning av bundna en- och flerelektronsystem. Tillstånd och tillståndsfunktioner. Väntevärden och stationära tillstånd. Egenvärdesproblemet och variationskalkyl för kvantmekaniska vågfunktioner.

En- och flerselektronatomers tillstånd som bärare av kvantinformation: Energinivåer och vågfunktioner. Spinn-bankoppling: LS- och jj-koppling. Relativistiska och QED-relaterade

effekter. Övergångar. Elektriska dipolapproximationen. Kvanttal och urvalsregler.

Impulsmoment och addition av impulsmoment. Strålningslösa övergångar. Einsteinkoefficienter, LASER.

Bas för kvantatomära beräkningar: Coulomb- och utbytesintegralen, grundtillståndet, exciterade tillstånd, vågfunktioner och deras symmetri. Optiska och elektroniska spektra.

Molekylär kvantmekanik och symmetri: Molekylär symmetri och rörelse: Symmetrier och symmetrioperationer. Punktgrupper. Gruppteori. Representationer. Analys av molekylär rörelse.

H₂+-, H₂-, C₆H₆ som prototypiska molekylära system, kemisk bindning, LCAO-MOapproximationen.

Symmetriadapterade molekylorbitaler. Elektroniska tillstånd och

elektronkorrelation. Rotationer och vibrationer inkluderande symmetrianalys. Potentialkurvor. Övergångar mellan olika tillstånd.

Molekylära spektra: Born-Oppenheimerapproximationen, Franck- Condonprincipen. Elektroniska spektra. Växelverkan med elektromagnetisk strålning.

LCAO-MO-approximationen för extremt stora system, polymerer: övergången till fasta tillståndets fysik.

Kvantkemiska och kvantfysiska beräkningar av atom och molekylorbitaler med öppen programvara.

Undervisning

Föreläsningar, lektioner eller studentpresentationer, laborationer och

demonstrationer av forskningsinstrumentering.

Examination

Muntlig (2 hp) och skriftlig (2 hp) tentamen. Inlämningsuppgifter som redovisas muntligt (1hp).

Om särskilda skäl finns får examinator göra undantag från det angivna examinationssättet och medge att en enskild student examineras på annat sätt. Särskilda skäl kan t.ex. vara besked om särskilt pedagogiskt stöd från universitetets samordnare för studenter med funktionsnedsättning.