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Magnetismo Avanzado
- Especialidad de Nanofísica y Materiales Cuánticos
- Prácticas de Laboratorio (12 Hours)
- Clases Expositivas (20 Hours)
- Tutorías Grupales (5 Hours)
- Prácticas de Aula/Semina (8 Hours)
La asignatura se encuadra dentro de la materia optativa del Máster en Física Avanzada y se imparte en el primer semestre del período lectivo. Su principal objetivo es profundizar en la comprensión de las propiedades y los fenómenos magnéticos que presentan los materiales sólidos a partir de modelos de interacción microscópicos.
El Máster de Física Avanzada está diseñado para estudiantes con capacidad para el razonamiento abstracto y la resolución de problemas, además del imprescindible hábito de trabajo, dedicación al estudio y gusto por la Física. Se recomienda tener conocimientos de las asignaturas de Física del Estado Sólido, Mecánica Cuántica, Métodos Numéricos y sus Aplicaciones a la Física, Física Atómica, Termodinámica y Física Estadística.
Tal y como aparece recogido en la memoria de verificación del título, se espera que el estudiante de la asignatura "Magnetismo Avanzado", adquiera las competencias generales (CG), básicas(CB) y específicas (CE), que se detallan a continuación.
Competencias generales (CG):
• Desarrollar destrezas teóricas y experimentales que permitan aplicar, con creatividad y rigor, los conceptos, principios, teorías y modelos adquiridos a entornos nuevos o poco conocidos, y relacionados con los retos que en cada momento plantea la sociedad en el campo de la Física, tanto en el ámbito científico como en el de la innovación tecnológica (CG1);
• Desarrollar habilidades de trabajo en equipo, ya sea de investigación o de empresa: ello incluye planificar el trabajo, repartir tareas, tomar iniciativas, participar en debates y discusiones críticas, y, en su caso, asumir responsabilidades de liderazgo (CG2);
• Adquirir una formación sólida que le capacite para la comprensión de informes y artículos científicos en el campo de la Física, y la valoración de la relevancia científica o tecnológica de los mismos (CG3);
• Manejar las principales fuentes de información científica con capacidad para buscar la información relevante: utilización correcta de la bibliografía y de las bases de datos especializadas en el ámbito de la Física y uso adecuado de las nuevas tecnologías (CG4);
• Desarrollar las capacidades narrativas necesarias para elaborar documentos escritos, en particular artículos científicos, con resultados teóricos y/o experimentales, formulación de hipótesis razonables, composiciones originales, datos bibliográficos, y conclusiones motivadas, adaptando el mensaje a la audiencia a la que va destinado (CG5);
• Desarrollar las capacidades de comunicación oral necesarias para expresar con claridad y defender con rigor los resultados y conclusiones de una investigación o de un informe técnico, tanto ante públicos científico-académicos como en ámbitos de carácter divulgativo, y, en su caso, debatiendo con los miembros de un tribunal especializado cualquier aspecto relativo a los mismos (CG6);
• Adquirir habilidades de autoaprendizaje para el desarrollo de la formación permanente como investigador o tecnólogo de alto impacto científico (CG7).
Además, las siguientes competencias básicas (CB):
• Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación (CB6);
• Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio (CB7);
• Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios (CB8);
• Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades (CB9);
• Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo (CB10).
En cuanto a las competencias específicas (CE) serían las siguientes:
CE1 - Adquirir una formación avanzada, tanto desde el punto de vista teórico como experimental, orientada a la especialización investigadora y académica, que le permita iniciar un proyecto de tesis doctoral en Física u otros campos científicos relacionados
CE2 - Adquirir la capacitación para la investigación en temas abiertos en el ámbito de la Física y su interconexión con otras disciplinas, que le permita abordar con éxito su desarrollo profesional en cualquier campo de la Física.
CE3 - Adquirir la capacidad para realizar un análisis crítico de una teoría o de un experimento recientes o de vanguardia en el ámbito de la Física y, a partir de ello, identificar los fenómenos físicos relevantes y sus fundamentos, basándose en la lógica del desarrollo formal, la rigurosidad de las técnicas empleadas (teóricas o experimentales), y la consistencia con los conocimientos previos.
CE4 - Capacitación para abordar y resolver un problema avanzado en el ámbito de la Física mediante la elección adecuada del contexto, la identificación de los conceptos relevantes, y el uso de las técnicas teóricas, experimentales y/o computacionales previamente adquiridas.
CE5 - Conocer las técnicas algebraicas y de optimización con métodos numéricos por ordenador más eficientes para el planteamiento y resolución de problemas de modelización teórica y simulación de fenómenos físicos complejos.
CE6 - Profundizar en el análisis, tratamiento e interpretación de datos experimentales, así como conocer los principios físicos en los que.se sustenta el diseño de la instrumentación científica.
CE8 - Adquirir un conocimiento profundo de los fenómenos físicos más relevantes y su caracterización en el campo de las Tecnologías Cuánticas, que engloba a la Física de la Materia Condensada, la Física Atómica o la Óptica.
CE9 - Conocer el conjunto de herramientas necesarias para analizar experimentalmente los diferentes estados en que puede presentarse la materia
CE10 - Adquirir conocimiento sobre el funcionamiento de instalaciones científicas relevantes y el trabajo dentro del marco de colaboraciones internacionales
Los objetivos formativos generales que se esperan alcanzar con el estudio de la asignatura Magnetismo Avanzado son, por una parte, el conocimiento y comprensión de los fenómenos físicos y las propiedades magnéticas asociadas con los sólidos y, por otra, el desarrollo de la capacidad de modelado de situaciones de la vida real. De forma concreta, se espera conseguir los siguientes resultados del aprendizaje (RA).:
RA1.- Saber medir y/o calcular las magnitudes físicas (imanación y susceptibilidad) que definen el estado magnético de un material en unas determinadas condiciones de temperatura y campo magnético.
RA2.- Conocer las interacciones más relevantes que controlan las propiedades magnéticas de los materiales.
RA3.- Ser capaz, en el contexto de una situación de clase, de reconocer los diferentes tipos de materiales magnéticos.
RA4.- Saber evaluar y determinar magnitudes magnéticas y termodinámicas a partir del Hamiltoniano de un sistema localizado.
RA5.- Saber realizar cálculos de bandas y de la densidad de estados en sistemas de volumen para analizar las propiedades magnéticas en función de la estructura cristalina y el volumen.
RA6·-Determinar experimentalmente los valores de las magnitudes magnéticas que caracterizan los materiales magnéticos.
RA7.- Manejar y utilizar diferentes técnicas de ensayo empleadas en la caracterización magnéticas de los materiales para realizar las correspondientes medidas e interpretar los resultados obtenidos.
RA8.- Evaluar la respuesta magnética característica de materiales funcionales (magnetocalóricos, con memoria de forma magnética, láminas delgadas y superredes, nanopartículas magnéticas,).
Los contenidos que se detallan a continuación, son los recogidos en la memoria de verificación del título.
1. Introducción al Magnetismo de la Materia: Interacciones fundamentales.
2. Magnetismo localizado. Magnetismo itinerante.
3. Materiales magnetocalóricos. Materiales magnéticos con memoria de forma.
4. Nanopartículas magnéticas. Láminas delgadas y superredes.
5. Técnicas magnetométricas.
6. Cálculos y simulaciones en Magnetismo.
La metodología docente se estructura en cuatro tipos de actividades presenciales diferentes: clases expositivas (CE), prácticas de aula (PA), tutorías grupales (TG) y prácticas de laboratorio (PL). Todas ellas están encaminadas a que el alumno adquiera las CG, CB y CE de la materia enumeradas anteriormente.
La Metodología docente se estructura en los siguientes cuatro tipos de actividades formativas:
- Clases expositivas (CE): Impartidas al grupo completo, no necesariamente como lección magistral, sino procurando una participación activa del alumnado en la dinámica de las mismas. En estas clases se desarrollarán los contenidos teóricos de la asignatura, combinados con la resolución de problemas y ejercicios. Se utiliza la pizarra y los diferentes medios audiovisuales. Además, los profesores usarán el Campus Virtual de la asignatura para poner a disposición de los estudiantes los materiales didácticos que consideren oportunos. Sin embargo, será recomendable que los alumnos completen el estudio de la materia con la bibliografía recomendada con el objetivo de contrastar y ampliar los conocimientos transmitidos en el aula.
- Prácticas de Aula / Seminarios (PA): Por cada tema del Programa de la asignatura se entregarán Hojas de problemas para ayudar a los alumnos a asimilar los conceptos fundamentales del Magnetismo Avanzado tratados en las clases expositivas. Se dedicarán seminarios para la resolución de algunos de los ejercicios contenidos en esas Hojas de problemas, que los alumnos podrán haber realizado previamente. Estos podrán contar con la participación activa de los alumnos. Algunos de los seminarios podrán estar destinados a la resolución en la pizarra de ejercicios característicos por parte del profesor.
- Prácticas de Laboratorio (PL): Se realizarán dos grupos de sesiones de prácticas de laboratorio en las que el alumno podrá realizar medidas magnéticas y/o cálculos o simulaciones.
- Tutorías grupales (TG): Realizadas en grupos reducidos y dedicadas a la resolución de problemas planteados en las Hojas de problemas entregadas previamente. Este tipo de actividad es muy útil para el alumno, ya que le ayuda a llevar la asignatura al día y le permite discernir el grado de asimilación de los contenidos impartidos en la asignatura.
La docencia de la asignatura se impartirá parte en español y parte en inglés. El volumen de trabajo promedio (medido en horas del estudiante) que se estima que será necesario para alcanzar los resultados de aprendizaje propuestos anteriormente se recoge en las siguientes tablas:
Volumen de trabajo para el estudiante
MODALIDADES | Horas | % | Totales | ||
---|---|---|---|---|---|
presencial | Clases Expositivas y sesiones de evaluación | 20 | 13.33% | 30% | |
Prácticas de Aula/ Seminarios | 8 | 5.33% | |||
Prácticas de Laboratorio | 12 | 8.00% | |||
Tutorías grupales | 5 | 3.33% | |||
No presencial | Trabajo en Grupo | 50 | 33.33% | 70% | |
Trabajo autónomo | 55 | 36.66% | |||
Total | 150 | 100% |
Plan de trabajo orientativo
TEMAS | horas totales (presenciales + no presenciales) |
---|---|
Tema 1. Introducción al Magnetismo de la Materia: Interacciones fundamentales | 15 |
Tema 2. Magnetismo localizado. Magnetismo itinerante. | 15 |
Tema 3 Materiales magnetocalóricos y materiales magnéticos con memoria de forma. | 30 |
Tema 4. Nanopartículas magnéticas. Láminas delgadas y superredes. | 30 |
Tema 5. Técnicas magnetométricas. | 30 |
Tema 6. Cálculos y simulaciones en Magnetismo | 30 |
150 |
De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir actividades de docencia no presencial. En cuyo caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.
Se contemplan distintos sistemas de evaluación de los aprendizajes para aprobar la asignatura, tanto en convocatoria ordinaria como extraordinaria. A continuación, se detallan todos ellos.
►Convocatoria ordinaria:
Los alumnos pueden aprobar la asignatura siempre que obtengan una puntuación igual o superior a 50 sobre 100, de acuerdo con los baremos explicados a continuación.
• Redacción y exposición de un tema de Magnetismo Avanzado: El estudiante a lo largo del período lectivo elaborará un trabajo sobre un tema propuesto en clase. Dicho trabajo será presentado ante los profesores en el período de exámenes. La valoración de este trabajo será del 50% de la calificación, correspondiendo un 25% a la valoración de la memoria escrita, mientras que la exposición oral tendrá un valor del 25%.
• Prácticas de Laboratorio. Las prácticas de laboratorio son obligatorias para poder aprobar la asignatura, y tendrán un peso del 30%.
• Resolución de ejercicios y participación activa: En las sesiones de tutoría grupal los alumnos abordarán la resolución de problemas de las Hojas de problemas que entregarán al final de la sesión al profesor para su corrección. La calificación de los mismos supondrá un 20% del total de la asignatura.
Criterios de Evaluación – Convocatoria Ordinaria
Aspectos | % |
---|---|
Trabajo expositivo | 50 |
Prácticas de Laboratorio | 30 |
Resolución de ejercicios y participación activa | 20 |
►Convocatorias extraordinarias:
Los alumnos que no hayan aprobado la convocatoria ordinaria pueden aprobar la asignatura en una de las convocatorias extraordinarias. Para ello deben obtener una puntuación igual o superior a 50 sobre 100, de acuerdo con los baremos explicados a continuación.
• Prueba escrita teórica y práctica: Se realizará una sesión de evaluación escrita. Esta sesión consistirá en una prueba de resolución de ejercicios de carácter similar a los tratados a lo largo del curso, y en la que los alumnos deberán aplicar los contenidos abordados en los distintos temas de la asignatura. La nota obtenida en esta prueba tendrá un peso del 50% en la calificación final.
• Actividades de evaluación continua: Para la convocatoria extraordinaria, se tendrá en cuenta la calificación de las actividades de evaluación continua de la convocatoria ordinaria obtenida el curso anterior (será necesario haber superado las prácticas de laboratorio), con el correspondiente peso de un 30% en la calificación final.
Criterios de Evaluación – Convocatorias Extraordinarias
Aspectos | % |
---|---|
Prueba escrita | 50 |
Actividades de evaluación continua de la convocatoria ordinaria | 50 |
►Material que se permite llevar a las pruebas escritas:
Se permitirá asistir a las pruebas escritas con una hoja de fórmulas. La hoja no puede contener problemas resueltos. La hoja se deberá entregar junto con el examen.
►Tutorías personalizadas:
Los profesores de la asignatura animan a los estudiantes a que acudan a las sesiones de tutoría individual para resolver las dudas que surjan durante el proceso de aprendizaje. Para ello, los estudiantes pueden acudir al despacho de los profesores siempre que quieran, pero se recomienda que envíen un correo electrónico para concertar cita. Esas citas serán resueltas a la mayor brevedad, para facilitar la labor de aprendizaje.
De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir métodos de evaluación no presencial. En cuyo caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.
Bibliografía Básica
1. S. Blundell, Magnetism in Condensed Matter, Oxford University Press, 2001
2. D. Craik, Magnetism- Principles and Applications, Wiley, 1995
3. B. Barbara. G. Gignoux, C. Vettier, Lectures on Modern Magnetism, Springer-Verlag, 1988
4. C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, Ed. John Wiley, 1996
5. A. H. Morrish, The Physical principles of Magnetism, IEEE Press, 2001
6. E. du Trémolet de Lacheisserie, D. Gignoux, M. Schelenker, Magnetism, Vol. I- Fundamentals, Vol. II Materials and Applications, Kluwer Academic Publishers, 2005
7. J.M.D. Coey, Magnetism and magnetic materials, Cambridge University Press, 2010
Bibliografía Complementaria
8. N. A. Spaldin, Magnetic Materials, Cambridge, 2011
9. D. I. Khomskii, Basic Aspects of the Quantum Theory of Solids-Order and Elementary Excitations, Cambridge, 2010
10. R. E. Newnham, Properties of Materials, Oxford University Press, 2008
11. J. Singleton, Band Theory and Electronic Properties of Solids, Oxford University Press, 2008
12. A.M. Tishin, Y.I. Spichkin, The Magnetocaloric Effect and Its Applications, 1st ed., Taylor & Francis, 2003
13. V. Franco, J.S. Blázquez, J.J. Ipus, J.Y. Law, L.M. Moreno-Ramírez, A. Conde, Prog. Mater. Sci. 93 (2018) 112–232.
14. L. Lecce, A. Concilio, eds., Shape Memory Alloy Engineering: For Aerospace, Structural and Biomedical Applications, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Amsterdam, 2015
15. J. Leliaert, M. Dvornik, J de Clerq, M V Milosevic, B. Van Wayeenberge, J. Phys. D. 81 (2018) 123002.
16. A.A. El-Gendy, J.M. Barandiarán, R.L. Hadimani, Magnetic nanostructured materials: From lab to fab, Chapter 1, Elsevier, 2018
17. J.L. Dormann, D. Fiorani, E. Tronc, Magnetic relaxation in fine-particle systems, Advances in Chemical Physics, Vol.98, Chapter 4, Wiley&Sons, 1997
18. S. Bedanta, W. Kleemann, Topical Review: Supermagnetism, J.Phys. D: Appl. Phys. 42, (2002) 013001