Курс «Наноматериалы» посвящен современному материаловедению низкоразмерных систем и состоит из блокнотов Jupyter, содержащих конспект лекции, программируемые иллюстрации теоретических положений и лабораторные работы по моделированию свойств наноматериалов. Курс представлен пока в незаконченной форме, запуск в обновленном формате — февраль 2019 г. (в процессе чтения накануне проведения занятий курс будет уточняться). Экспериментальные лабораторные работы и чтение лекций проводятся на кафедре микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в учебно-научной лаборатория «Наноматериалы».
Выбор используемого подхода обусловлен следующими причинами:
- Современное материаловедение развивается настолько динамично, что любое печатное пособие устаревает в течение нескольких лет. Необходима форма, позволяющая непрерывно обновлять курс так, чтобы он оставался доступен не толкьо студентам текущего года, но и выпускникам.
- Наиболее эффективным видится подход, при котором студент может не только читать теорию, но сразу же проверять гипотезы, закрепляя собственное понимание. Формат Jupyter Notebook позволяет сочетать в одном файле текст, формульные выражения, видео и программы, моделирующие рассматриваемые аналитические выражения.
- Тенденцией образования стало овладение людей различных профессий программированием для автоматизации выполнения рутинных задач. Для прохождения курса студенты не обязаны знать язык программирования, но те, кто захотят разобраться в деталях, смогут приобрести дополнительную практику. В качестве языка программирования используется Python версии 3.5 и выше.
- Подробный конспект позволяет преподавателю акцентировать внимание на наиболее сложных концепциях, оставляя более простые темы для самостоятельного изучения слушателями курса.
- С учетом распространения персональных компьютеров лабораторные работы, в которых требуется только компьютер, могут быть проведены студентом дома в комфортных условиях и удобном темпе.
Курс создается с возможностью чтения непосредственно с экрана компьютера, в том числе мобильных устройств. Однако для запуска программных ячеек и выполнения лабораторных работ потребуется воспользоваться одним из вариантов:
- Запускать код на удаленном сервере https://mybinder.org
(будет описано позже, есть ограничение в объеме выделяемой памяти)
- Запускать код на персональном компьютере. Сохранить каталог с курсом можно двумя способами:
- Простым образом, сохранив zip-папку и заново скачивая ее при необходимости.
- Сохранив и обновляя каталог при помощи среды Git.
Для работы с файлами используется среда Jupyter Notebook. Самым простым способом установки большинства необходимых библиотек является дистрибутив Anaconda.
В конце курса проводится экзамен. Для допуска к экзамену необходимо защитить отчеты по лабораторным работам, а также написать все контрольные работы на удовлетворительную оценку. Контрольные работы состоят из пяти вопросов и содержат в том числе упражнения и задачи. В соответствии с баллами, полученными по результатам контрольных работы и защиты отчетов по лабораторным работам составляется рейтинг, которых учитывается при выставлении оценки на экзамене.
Каждую контрольную работу можно переписать, однако при переписывании дается новый вариант. Полученная при переписывании оценка замещает предыдущую, независимо от результата. Переписывать работу можно до тех пор, пока оценка не станет выше или равной удововлетворительной.
- [Размерные эффекты и корреляционные радиусы физических явлений](01_-_Nanoscale/Correlation Radius.ipynb)
- Краткий исторический экскурс. Наноматериалы без нанотехнологий
- [Конспект лекции](01_-_Nanoscale/Surface atoms.ipynb)
- Электронное строение низкоразмерных структур
- Кластеры
- Металлические наночастицы
- Нанокристаллы полупроводниковых материалов
- Наночастицы широкозонных полупроводников и диэлектриков
- Общие свойства наночастиц различной природы
- Нанопроволоки и наностержни
- Тонкие пленки и покрытия
- Многослойные структуры, сверхрешетки и фотонные кристаллы
- Консолидированные наноматериалы и нанокомпозиты
- Самоорганизация и самосборка
В качестве базового курса служит курс "Материаловедение микро- и наносистем". В курсе почти не рассматриваются пористые, углеродные и органические материалы, так как соответствующие курсы студенты направления проходят в осеннем семестре следующего учебного года. Также малое внимание уделено направлению магнитных материалов в связи с тем, что соответствующий курс читается в бакалавриате.