Προκήρυξη θέσεων φοιτητών Υποτροφίες "Μανασσάκη"
M.Sc. στην ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΥΛΙΚΩΝ
ENG ΕΛΛ

MEMY-501
Advanced Solid-State Materials and Nanostructures

Τύπος μαθήματος
Υποχρεωτικό
Εξάμηνο
Πρώτο
Μονάδες ECTS
10

Περιεχόμενο Μαθήματος

Ανόργανες νανοδομές και νανοϋλικά

Εισαγωγή στη Νανοχημεία
Γιατί νάνο; Τι είναι Νανοχημεία; Αυτο-συναρμολόγηση μορίων vs. υλικών, Μοριακή vs. Υπερμοριακή χημεία, Συνθετικός προγραμματισμός «Από Κάτω προς τα Πάνω» (Bottom-Up) και «Από Πάνω προς τα Κάτω» (Top-Down), Ιεραρχημένη συναρμολόγηση, Κατευθυνόμενη αυτο-συναρμολόγηση, Μεταβολή φυσικών ιδιοτήτων νανοδομημένων στερεών από γεωμετρικό περιορισμό, Επιφανειακές vs. μακροσκοπικές ιδιότητες.
Χημικό αποτύπωμα και λιθογραφία
Νανολιθογραφία μέσω σάρωσης (SPN): Μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) και Μικροσκόπιο ατομικής ισχύος (AFM), Φωτολιθογραφία, Λιθογραφία από δέσμη ηλεκτρονίων και ιόντων, Νανοαποτύπωμα, Ελαφριά λιθογραφία και αυτοσυναρμολογημένες μονοστρώσεις (SAMs), Νανολιθογραφία με πένα βύθισης (DPN).
Νανοδιάστατα υλικά
Αδιάστατες νανοδομές: Σύνθεση νανοσωματιδίων μετάλλων (Au, Pt) και μεταλλικών οξειδίων (ZnO, Ga2O3, SnO2), Σύνθεση ημιαγώγιμων νανοσωματιδίων (CdQ, PbQ, Q=S, Se, Te; ZnS, InP, GaP), Αυτο-συναρμολόγηση νανοπλειάδων και νανοσωματιδίων. Μονοδιάστατες και Δισδιάστατες νανοδομές: Νανοσωλήνες και νανοσύρματα από μαλακά και σκληρά καλούπια, Ημιαγώγιμα νανοσύρματα (GaN, GaAs, InAs), Νανοσωλήνες άνθρακα.
Τρισδιάστατες νανοδομές: Νανοπορώδη Υλικά
Μοριακή αυτο-συναρμολόγηση μικροπορώδων υλικών (Ζεόλιθοι και Πολυμερή συναρμογής), Σύνθεση περιοδικά οργανωμένων μεσοπορώδων υλικών: πρότυπο υγρού-κρυστάλλου επιφανειοδραστικών μορίων και σκληρά εκμαγεία (nanocasting), Μεσοπορώδεις ημιαγωγοί (Ge, GeQ, Q=S, Se, Te; CdS).

Τεχνικές σύνθεσης και ανάπτυξης σε στερεά κατάσταση

Εισαγωγή στη σύνθεση στερεά κατάσταση και ανάπτυξη κρυστάλλων
Αντιδράσεις σε στερεά κατάσταση. Διάχυση ιόντων. Επιταξία έναντι τοποταξίας. Μηχανισμοί κρυστάλλωσης. Εργαστηριακές μέθοδοι ανάπτυξης κρυστάλλων (υπερκορεσμένα διαλύματα, Ανάπτυξη από τήγματα, Μεταφορά στην αέρια φάση, Ανάπτυξη σε αυτόκλειστα). Βιομηχανικές μέθοδοι ανάπτυξης κρυστάλλων (Bridgeman-Stockbärger, Czochralski, Επιταξία μοριακής δέσμης).
Μέθοδοι ανάπτυξης λεπτών υμενίων
Ομογενής εναπόθεση (Μέθοδοι από-κάτω-προς-τα-επάνω: Περιστροφική εναπόθεση, Ψεκασμός με πυρόλυση, Ηλεκτρο-ψεκασμός, Ανάφλεξη, Μέθοδος «Dr. Blade», Εκτύπωση· Μέθοδοι από-επάνω-προς-τα-κάτω: Μηχανική αποφυλλιοποίηση, Χημική αποφυλλιοποίηση, Σχίσιμο κατά μήκος Κρυσταλλογραφικών επιπέδων). Ετερογενής εναπόθεση (Εναπόθεση χημικών ατμών, Εναπόθεση ατομικών φύλλων, Εξάχνωση).
Εφαρμογή ημιαγωγών λεπτών υμενίων
Αναδυόμενες τεχνολογίες φωτοβολταϊκών, CdTe, CIGS, CZTS, οργανικά ηλιακά κύτταρα, κυψέλες Graetzel. Αξιολόγηση απόδοσης και χαρακτηρισμός.
Περοβσκίτες μετάλλου-αλογόνου
Σύνθεση και ανάπτυξη κρυστάλλων περοβσκιτών μετάλλου-αλογόνου, δομή και ιδιότητες περοβσκιτών αλογονιδίου, οπτικές και ηλεκτρικές ιδιότητες περοβσκιτών αλογονιδίου.

Οπτο-ηλεκτρονικά και Μαγνητικά Υλικά

Το Spin στη φυσική ημιαγωγών
Βασική φυσική ημιαγωγών (ο ρόλος των ακαθαρσιών, οπτικός προσανατολισμός, κανόνες επιλογής και ανίχνευση σπιν), δυναμική περιστροφής σε κβαντικά φρεάτια ημιαγωγών (QWs) και κβαντικές κουκκίδες (QDs), Σκέδαση σπιν σε κβαντικά φρεάτια ημιαγωγών (QWs) και κβαντικές κουκκίδες (QDs), φαινόμενο Hanle και μέτρηση χρόνων ανασυνδυασμού εξιτονίων και χαλάρωσης σπιν, αλληλεπιδράσεις σπιν (ανταλλαγή, τροχιακή και σύζευξη σπιν).
Spin-LEDs: Θεμελιώδεις αρχές και Εφαρμογές
Δίοδοι εκπομπής φωτός (spin-LEDs) του Si και GaAs. Επαφές έγχυσης spin (επαφές Schottky και επαφές βασισμένες σε οξείδια, μαγνητικοί ημιαγωγοί ως πηγή spin). Γεωμετρίες Faraday και Hanle (κάθετη και πλάγια γεωμετρία).
Μεταφορά spin από Μαγνητικές Επαφές σε Ημιαγώγιμες Ετεροδομές τύπου ΙΙΙ-V
Έγχυση spin, μεταφορά και δυναμική από μαγνητικές επαφές (μαγνητικοί ημιαγωγοί και σιδηρομαγνητικά μέταλλα) σε κβαντικά φρεάτια ημιαγωγών και κβαντικές τελείες. Κανόνες ηλεκτρικής έγχυσης και οπτικής ανίχνευσης και επιλογής σπιν.
Μαγνητισμός και Μαγνητικά Υλικά
Διαμαγνητισμός, Παραμαγνητισμός (κλασική θεωρία Langevin και κβαντική θεωρία Brillouin), Σιδηρομαγνητισμός (θεωρία μοριακού πεδίου), Θεωρία των μαγνητικών περιοχών, Λεπτόκοκκα σωματίδια και λεπτά υμένια (single versus multi-domain behavior, υπερπαραμαγνητισμός σε νανοσωματίδια και κράματα), Μαλακά και σκληρά μαγνητικά υλικά (κράματα Fe-Co, μαγνήτες σπάνιων γαιών).
Δισδιάστατα Υλικά: Οπτικές και Ηλεκτρονικές Ιδιότητες
Γραφένιο, Διχαλκογενίδια μετάλλων μετάπτωσης, Οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες, Φασματοσκοπίες χαρακτηρισμού (Raman, Φωτοφωταύγεια, Ανάκλαση), πόλωση σπιν-κοιλάδας, valleytronics.

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Το μάθημα αποσκοπεί στην εκπαίδευση των μεταπτυχιακών φοιτητών στην περιοχή της νανοτεχνολογίας με έμφαση στα ανόργανα νανοϋλικά και τις μαγνητικές και ηλεκτρονικές τους ιδιότητες. Η ύλη του μαθήματος χωρίζεται σε δύο θεματικές ενότητες:

Στην πρώτη ενότητα, αναπτύσσονται οι σύγχρονες τεχνικές (φυσικές και χημικές) ανάπτυξης των ανόργανων νανοδομημένων υλικών, δίνοντας έμφαση σε αυτές της νανοχημείας. Αντικείμενο μελέτης θα αποτελέσουν τα νανοσωματίδια, οι νανοσωλήνες και τα νανοσύρματα και οι πορώδεις νανοδομές.

Η δεύτερη ενότητα αποσκοπεί σε μια εισαγωγή στις οπτο-ηλεκτρονικές και μαγνητικές ιδιότητες των ημιαγώγιμων νανοδομών. Περιγράφονται οι βασικές αρχές της σπιν-ηλεκτρονικής (spintronics) καθώς και η δυναμική των spins σε ημιαγώγιμες νανοδιάστατες δομές. Επίσης αντικείμενο μελέτης αποτελούν οι οπτικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες των δισδιάστατων κρυστάλλων με ιδιαίτερη έμφαση στα διχαλκογενίδια των μετάλλων μετάπτωσης. Η εξοικείωση των φοιτητών με την ύλη του μαθήματος γίνεται με αναφορά στις θεμελιώδεις αρχές καθώς και με επιλεγμένα παραδείγματα από την πρόσφατη βιβλιογραφία.

Προτεινόμενη Βιβλιογραφία

  1. G.A. Ozin, A.C. Arsenault, Nanochemistry: A Chemical Approach to Nanomaterials, RSC Publishing, Cambridge, UK, 2005.
  2. G. Cao, Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, Imperial College Press, London, UK, 2004.
  3. M. Dyakonov, Spin Physics in Semiconductors, Springer Series in Solid-State Sciences 157, Springer, 2008.
  4. B.D. Cullity and C.D. Graham, Introduction to Magnetic Materials, Wiley, 2009.
  5. A. R. West, Solid State Chemistry and Its Applications, Wiley, 2014.

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

© 2026 MSc στην "Επιστήμη και Μηχανική Υλικών", Πανεπιστήμιο Κρήτης