Lapp-top Cursus Natuurkunde: Nanotechnologie

Lapp-top cursus Natuurkunde:
NANOTECHNOLOGIE
Voorjaar 2012

Dr.ir T.H. Oosterkamp, Dr. S.J. van der Molen, en Prof.dr. J.W.M. Frenken

Module ontwikkeld door Prof.dr. J.M. van Ruitenbeek en Prof.dr. J.W.M. Frenken

INLEIDING
Natuurkunde is uitdagend vanwege de diepe vragen, die te maken hebben met onze plaats in het universum, maar ook vanwege de toepassingen die leiden tot nieuwe producten. Je leert deze twee aspecten zien aan de hand van een moderne ontwikkeling in de wetenschap: de nanotechnologie. Dit is een gebied van onderzoek dat als doel heeft om machientjes te bouwen met behulp van individuele atomen en moleculen. Op die kleine schaal wandelen we een wereld binnen die niet meer aan de ons bekende natuurwetten gehoorzaamt, maar waar de dingen zich gedragen volgens de vreemde wetten van de kwantummechanica.

Huiswerk:
Het huiswerk bestaat uit het maken van de opgaven in het dictaat, die horen bij het gedeelte dat telkens in de vorige aflevering is behandeld. Schrijf je antwoorden compact op, en lever je werk telkens in aan het begin van elk college. Het dictaat zal aan het begin van de eerste bijeenkomst worden uitgedeeld.

Gobale indeling van de colleges
Er zullen vijf bijeenkomsten zijn, die twee maal een hele dag beslaan en drie maal een middag. Gedurende een bijeenkomst worden blokken hoorcollege gegeven, is er gelegenheid tot zelf werken met de theorie, worden experimenten gedaan en is er ruimte voor discussie. Hieronder volgt een globale indeling van onderwerpen.

Programma:
Dag 1: dinsdag 10 januari 2012, 10.00-20.00 uur, zaal 106 van het Huygens Laboratorium, Niels Bohrweg 2, Leiden. Diner bij studentenvereniging Augustinus, Rapenburg 24, Leiden.

Start van het Lapp-top programma. Enkele woorden over het doel en de opzet van het universiteitsbrede Lapp-top programma door Marieke van Haaren.
Inleiding. Het doel en de opzet van de cursus worden besproken. Het begrip nanotechnologie wordt duidelijk gemaakt.
Spoedcursus kwantummechanica. Om echt te begrijpen hoe de natuur werkt op zeer kleine schaal moet je wat theorie beheersen: het zal blijken dat we in een bizarre wereld leven. Er zal ruimte zijn voor discussie en zelf werken aan het oplossen van problemen.
De rastertunnelmicroscoop. De werking van een van de belangrijkste instrumenten in het laboratorium wordt verklaard.
Bouwen van een piëzogestuurde motor. Je gaat zelf aan de slag om een van de essentiële onderdelen van een rastertunnelmicroscoop - een "piëzomotor"- te bouwen.
Diner. We sluiten af met een gezamenlijk diner bij een studentenvereniging onder begeleiding van enkele studenten die beschikbaar zijn voor alle mogelijke vragen over de studie.

Dag 2: dinsdag 24 januari 2012, 14:00-17:30 uur, zaal 204 van het Huygens Laboratorium, Niels Bohrweg 2, Leiden.

Huiswerk: Bestudeer het eerste deel van hoofdstuk 2 uit de reader plus appendix A.1 en maak opgaven 2.1 tot en met 2.9 en opgave A1.1

Klein, kleiner, kleinst. Wanneer een stuk metaal in alsmaar kleinere stukjes wordt gesneden veranderen de eigenschappen als gevolg van de kwantummechanica.
Spoedcursus kwantummechanica (2) en de werkgroep.

Dag 3: dinsdag 31 januari 2012, 14:00-17:30 uur, Bachelor Laboratorium van het Huygens Laboratorium, Niels Bohrweg 2, Leiden.

Huiswerk: Bestudeer het tweede deel van hoofdstuk 2 uit de reader en maak de bijbehorende opgaven 2.10 tot en met 2.22

Bouwen van een piëzogestuurde motor (slot).
Metaaldraden met een dikte van slechts één atoom. De dunste metaaldraad bestaat nog slechts uit een enkel atoom. Het is mogelijk die draden te maken, maar ze hebben uitzonderlijke eigenschappen.

Dag 4: dinsdag 7 februari 2012, 14:00-17:30 uur, zaal 204 van het Huygens Laboratorium, Niels Bohrweg 2, Leiden.

Spoedcursus Kwantummechanica (slot) en werkgroep.
Waarnemen en manipuleren van atomen. De technieken waarmee individuele atomen kunnen worden gezien en verplaatst worden besproken.
Discussiebijeenkomst. De voor- en nadelen van de mogelijkheden die nanotechnologie bieden worden besproken.

Huiswerk: Bestudeer het derde deel van hoofdstuk 2 uit de reader en maak de opgaven 1 tot en met 16 aan het eind van hoofdstuk 2 (blz. 32). Bestudeer ook hoofdstukken 3 en 5 .

Dag 5: dinsdag 14 februari 2012, 10:00 -17:30 uur, Zaal 214 van het Huygens Laboratorium, Niels Bohrweg 2, Leiden.

Het laboratorium. Dit zal een groot deel van de dag beslaan. We gaan op bezoek in het laboratorium van de Universiteit Leiden en bekijken een aantal experimenten. Je gaat ook zelf experimenteren met een van de beschikbare onderzoeksinstrumenten.
De industrie. Een afgestudeerde natuurkundige die nu werkzaam is in het bedrijfsleven komt vertellen over zijn werk, en de relatie daarvan met het onderzoek aan de universiteit.
(De Sitterzaal)
Toekomstperspectief. Waar gaat het heen met de nanotechnologie, wat mogen we op korte of iets langere termijn verwachten? (De Sitterzaal)
Afsluiting.

Studielasturen (slu’s)
Wanneer je deelneemt aan dit LAPP-top programma bedraagt de door de school erkende studielast 25 uur. Het is mogelijk om een van de onderwerpen verder uit te diepen en een profielwerkstuk van te maken. Neem hiervoor contact op met een van de docenten van de opleiding Natuurkunde en met je eigen vakdocent.

Deelnemers LAPP-Top cursus Natuurkunde 2011:


Dario Bagnasco	Jelle Boelens	Olivér Boersma	Maud van Boven


Casper Brunt	Sybrand Heeres	Tom Hottentot	David Kamp


Alexander Keijser	Mark Knigge	Marith Krutzen	Joris Lardinois


Louis Leestemaker	Sherany Marhé	Hans Mossel	Jelmer Nagtegaal


Justin Nijhuis	Luka Pikulic	Gyaan Ramsoekh	Jeroen van Rijn


Eva Roumaat	Frank van Ruiten	Philip Stark	Rien Vanneste


Gerard van der Veen	Pim Voermans	Danielle Vrenegoor	Dyon van Vreumingen


Yannick van Weeren	Vera Westerhof	Jozsef Zsiros	Erik Zwarts