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Propiedades Ópticas y Eléctricas de los Materiales
- Clases Expositivas (17.5 Hours)
- Prácticas de Laboratorio (2 Hours)
- Prácticas de Aula/Semina (3 Hours)
La asignatura del Máster universitario en Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad de Oviedo denominada "Propiedades ópticas y eléctricas de los materiales" es una asignatura obligatoria cuyo objetivo docente se focaliza en transmitir las propiedades ópticas y eléctricas de los materiales más comunes y de nueva generación. Todo ello enmarcado en el contexto de la ciencia de los materiales, especialmente desde el punto de vista de la utilización de los mismos y de sus aplicaciones tecnológicas, incluyendo las emergentes tecnologías cuánticas en fotónica. La asignatura pertenece al “Módulo de Propiedades y Caracterización de Materiales”.
Como consecuencia, los contenidos y docencia de la asignatura, ademas de poseer un carácter teórico que sea capaz de justificar la ciencia y el comportamiento de los materiales, disfrutan de un marcado carácter práctico, pues se estudiarán y analizarán los mecanismos físicos y las propiedades ópticas y eléctricas de cara a su aplicación en los distintos ámbitos de la sociedad.
Las principales competencias específcas que adquirirán los estudiantes que cursen esta asignatura son las siguientes:
CE1 - Llegar a controlar las propiedades de los materiales a través de modificaciones en su microestructura.
CE2 - Llegar a mejorar las propiedades de los materiales, con objeto de obtener productos novedosos o con mejores prestaciones.
CE3 - Ser capaz de evaluar la integridad estructural de componentes sometidos a la acción de cargas mecánicas y de predecir su vida útil en situaciones de fatiga, corrosión bajo tensión y fluencia.
CE4 - Habilidad para manejar y utilizar las diferentes técnicas de ensayo empleadas en la caracterización de los materiales(difracción, técnicas espectroscópicas, microscopía óptica y electrónica, análisis térmico, ¿), para realizar las correspondientes medidas y para interpretar los resultados obtenidos en estos ensayos.
CE5 - Capacidad para cuantificar de manera precisa la microestructura de cualquier material.
CE6 - Posibilidad de combinar las diferentes técnicas de caracterización existentes para obtener información detallada de los materiales objeto de estudio y resolver los problemas prácticos que se pudieran plantear.CSV:
CE10 - Capacidad para manejar los equipamientos científicos, para diseñar experimentos concretos y para interpretar los resultados obtenidos de los mismos.
Por otro lado, en común con el resto de asignaturas del máster, se adquirirán otra serie de competencias (de tipo báscico y general):
Competencias básicas
CB6: 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.
CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornosnuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
CB8: 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.
CB9: 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
CB10: 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
Competencias generales
CG1: Capacitar al estudiante para integrarse en un grupo de trabajo de cara a desarrollar proyectos de investigación y/o desarrollo en el campo de la ciencia y la tecnología de los materiales.
CG2: Ser capaz de resolver problemas complejos y tomar decisiones comprometidas en el ámbito de la ciencia y la tecnología de los materiales.
CG3: Poder llevar a cabo un trabajo de investigación en ciencia y tecnología de materiales utilizando las fuentes bibliográficas existentes y los equipamientos de ensayo disponibles.
CG4 - Habilidad para comunicar trabajos científico-técnicos sobre ciencia y tecnología de materiales, oralmente y por escrito, tantoa públicos especializados como a no especializados, de un modo claro y conciso.
CG5: Aptitud de estudio, síntesis y autonomía suficientes para, una vez finalizado este programa formativo, iniciar una Tesis Doctoral en el campo de la ciencia y la tecnología de los materiales.
Dada la procedencia tan diversa de los estudiantes y el carácter del Máster en Ciencia y Tecnología de Materiales, no se han previsto requisitos adicionales para cursar esta asignatura. Esto explica que en el diseño de la asignatura se haya priorizado su carácter autocontenido.
Los objetivos de la asignatura "Propiedades ópticas y eléctricas de los materiales" se resumen así:
De conocimientos
- Naturaleza ondulatoria de la luz.
- Materiales y tecnología para emision y detección de la luz.
- Materiales y caminos para la luz.
- Dispositivos optoelectrónicos. Respuesta óptica y eléctrica de los materiales con diferentes estructuras cristalinas.
- Propiedades electroópticas y magnetoópticas de los materiales.
- Respuesta eléctrica y magnética de materiales.
De habilidades
- Fabricación y aplicación de dispositivos fotónicos.
- Aplicación a los sistemas de comunicaciones ópticas.
De actitudes
- Motivar al estudiante y forjar en el la curiosidad y el interés hacia la tarea investigadora.
- Inculcar en el estudiante la necesidad de "investigar y aplicar" por el bien social.
- Forjar en el estudiante dotes organizativas, de colaboración y de participación para el trabajo en equipo.
- Dotar al estudiante de las mejores actitudes para su futura labor social.
Como punto de partida se introducirá de manera histórica el entendimiento de la luz a lo largo de los últimos 2000 años, para poder así abordar el estudio de la naturaleza ondulatoria de la luz, sus propiedades y fenómenos de interferencia, y su propagación en medios materiales. Se expondrán los fundamentos necesarios para un entendimiento cualitativo de los nanomateriales cuánticos para las tecnologías cuánticas en fotónica del futuro. Posteriormente, se expondrán las teorías que describen las propiedades ópticas de los materiales, y su aplicación en la descripción de las fuentes emisoras, propagación en medios confinados y detección de la luz. Se analizará también la interacción de la luz con la materia, los efectos electro-ópticos y magneto-ópticos y la fabricación y aplicación de dispositivos optoelectrónicos. Finalmente se estudiarán las propiedades eléctricas de materiales aislantes, conductores y superconductores y su aplicación en la tecnología electrónica actual.
Se realizarán prácticas de laboratorio de los contenidos del programa y se propondrán trabajos en grupo.
El programa de la asignatura se estructura en los siguientes bloques:
- Naturaleza ondulatoria de la luz.
- Materiales emisores y detectores de luz.
- Materiales y caminos para la luz.
- Materiales electroópticos y magnetoópticos.
- Dispositivos optoelectrónicos: fabricación y aplicaciones.
- Propiedades eléctricas y magnetoeléctricas.
- Relación de las propiedades ópticas y eléctricas con la estructura de los materiales.
Toda la actividad docente será presencial. Sin embargo, y de forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren o se dan otras circunstancias catalogadas como extraordinarias, se podrán incluir actividades de docencia no presencial, optando por la docencia telemática. En este caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.
Para la impartición de la asignatura "Propiedades ópticas y eléctricas de los materiales" se han diseñado las siguientes acitividades docentes:
- Presenciales
- Clases expositivas
- Seminarios
- Prácticas de laboratorio
- Tutorías grupales
- Sesiones de evaluación
- No presenciales
- Trabajo autónomo
Las clases expositivas se complementarán con la realización de ejercicios prácticos y con demostraciones, en las que se utilizarán los medios tecnológicos de laboratorio.
Las prácticas de laboratorio se organizarán de forma que los alumnos participen de forma activa en todas las tareas experimentales programadas. Cada alumnos ralizará su propio Informe o Memoria de prácticas, donde se recogerá la actividad experimental realizada, los resultados obtenidos y la valoración que realiza el propio alumno sobre el planteamiento docente, dificultades encontradas y posibles mejoras y nuevas actuaciones a introducir.
La Tabla 1 muestra la distribución temporal y el orden de impartición de los temas en los que se ha dividido la asignatura "Propiedades ópticas y eléctricas de los materiales".
La Tabla 2 recoge la distribución horaria de la asignatura.
La Tabla 3 presenta el reparto temporal previsto de los temas que componen la asignatura durante las semanas del cuatrimestre en el que se imparte.
Temas | Horas totales | Clase Expositivas | Prácticas de aula /Seminarios | Prácticas de laboratorio /campo | Tutorías grupales | Exposición de trabajos en grupos | Sesiones de Evaluación | Total | Trabajo grupo | Trabajo autónomo | Total |
1. Naturaleza ondulatoria de la luz | 17 | 6 | 1 | - | -- | -- | 8 | -- | 9 | 9 | |
2. Introducción a la fotónica cuántica | 12 | 4 | 1 | 1 | -- | -- | -- | 6 | -- | 6 | 6 |
3. Materiales y tecnología para emisión y detección de luz | 14 | 5 | 1 | - | -- | -- | -- | 6 | -- | 8 | 8 |
4. Materiales y caminos para la luz | 14 | 4 | 1 | 2 | 1 | -- | -- | 8 | -- | 6 | 6 |
5. Dispositivos optoelec-trónicos: fabricación y aplicaciones | 13 | 3 | 1 | 3 | 1 | -- | -- | 8 | -- | 5 | 5 |
6. Propiedades eléctricas de materiales | 15 | 5 | - | 2 | 1 | -- | -- | 7 | -- | 8 | 8 |
11. Evaluación | 2 | -- | -- | -- | -- | -- | 2 | 2 | -- | -- | -- |
Total | 87 | 27 | 5 | 8 | 3 | 2 | 45 | 42 | 42 |
Tabla 1. Distribución de los contenidos de la asignatura
MODALIDADES | Horas | % | Totales | ||
Presencial | Clases Expositivas | 27 | 31 | 45 (52%) | |
Práctica de aula / Seminarios / Talleres | 5 | 6 | |||
Prácticas de laboratorio / campo / aula de informática / aula de idiomas | 8 | 9 | |||
Tutorías grupales | 3 | 3 | |||
Exposición trabajos en grupo | -- | ||||
Prácticas Externas | -- | --- | |||
Sesiones de evaluación | 2 | 2 | |||
No presencial | Trabajo en Grupo | 42 (48%) | |||
Trabajo Individual | 42 | 49 | |||
Total | 87 |
Tabla 2. Reparto horario entre las diferentes modalidades docentes
Temas | Semanas |
1. Naturaleza ondulatoria de la luz | 1,2,3 |
2. Introducción a la fotónica cuántica | 4,5 |
3. Materiales y tecnología para emisión y detección de luz | 6,7,8 |
4. Materiales y caminos para la luz | 9,10,11 |
5. Dispositivos optoelectrónicos: fabricación y aplicaciones | 12,13 |
6. Propiedades eléctricas de materiales | 14, 15 |
7. Evaluación | Habrá 4 sesiones de evaluación de media hora cada una distribuidas a lo largo del curso. |
Tabla 3. Distribución de los temas de la asignatura en las semanas del cuatrimestre
La evaluación será presencial. Sin embargo, y de forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren o se dan otras circunstancias catalogadas como extraordinarias, se podrá realizar evaluación no presencial, optando por la evaluación telemática. En este caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.
A lo largo del curso se propondrá la realización de un conjunto de ejercicios, similares a los que se habrán desarrollado en las clases, que será obligatorio entregar correspondiendo la valoración global de estas tareas a un 10% de la calificación final del estudiante. También deberán entregarse los guiones cumplimentados de las prácticas de laboratorio, con una valoración de un 5% de la calificación final del estudiante. Los estudiantes harán una presentación individual de un trabajo científco cuya evaluación corresponderá a un 15% de la calificación final del estudiante.
También se llevarán a cabo una serie de sesiones cortas de evaluación (4 sesiones de media hora cada una), consistentes en la ejecución de algunos ejercicios y la respuesta a cuestionarios muy concretos, correspondiendo la evaluación de estas tareas a un 60% de la calificación final del estudiante.
Finalmente, el 10% restante corresponderá a la valoración de la participación individual de cada estudiante en las clases, tutorías en grupo, asistencia, propuestas originales, colaboración, etc.
Los estudiantes que sigan el régimen de dedicación a tiempo parcial podrán someterse a una evaluación diferenciada que consistirá en una prueba escrita similar a la de la evaluación ordinaria (correspondiendo la evaluación de esta tarea a un 60% de la calificación final) y una exposición oral de un trabajo sobre una temática elegida por los docentes (correspondiendo la evaluación de esta tarea a un 40% de la calificación final).
Evaluación del proceso docente.
La evaluación del proceso docente se realizará a partir de un autoinforme conjunto que cubrirán cada año los profesores responsables de la asignatura y del conjunto de respuestas de los alumnos a una encuesta que será confeccionada con esta finalidad evaluadora.
La Comisión Directiva del Máster, con el apoyo y asesoramiento del Vicerrectorado de Ordenación Académica y Nuevas Titulaciones de la universidad de Oviedo, se encargarán de preparar los formatos del autoinforme y de las encuestas y de su distribución al final del periodo docente de la asignatura. También esta misma Comisión, a la vista del autoinforme y encuestas, propondrá las recomendaciones y acciones correctoras pertinentes.
Se deben indicar los procedimientos, instrumentos y evidencias (valoración por los estudiantes, autoinforme del profesor, portafolio del profesor, etc.) que serán utilizados para realizar una evaluación que posibilite la corrección de posibles deficiencias y la mejora del proceso.
Como material fundamental del curso se utiliza un texto o apuntes elaborados por los profesores de la asignatura que recoge los contenidos esenciales de la misma. También se utiliza un conjunto de ejercicios o problemas disponible con sus soluciones, parte de los cuales se desarrollarán en las clases prácticas de aula y otra parte deberá ser resuelta a lo largo del curso por los estudiantes y formará parte de su labor individual. También se han confeccionado unos guiones de las prácticas de laboratorio que recogen las pautas experimentales a realizar por los alumnos. Dichos guiones constituyen una guía fundamental para que el alumno confeccione su Memoria de laboratorio, que será elaborada individualmente por cada alumno y entregada al profesor de la asignatura.
Además, los estudiantes podrán utilizar los libros especializados de consulta ubicados tanto en la biblioteca de la Facultad de Ciencias, como en el seminario del departamento de Ciencia de los Materiales y en cualquiera de los centros universitarios.
- Hecht-Zajac, Optica, Ed.Addison-Wesley Iberoamericana, 1986.
- Yariv, A., Optical wave in Crystals. Ed. John Wiley, 1983.
- Yariv, A., Optical Electronics, Ed. Saunders, 1991.
- Kasap, S. O., Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Ed. Prentice Hall, 2001.
- Hunsperger, R. G., Integrated Optics: Theory and Technology, Ed. Springer-Verlag, 1991.
- Saleh, B. E., Carl T. M., Fundamentals of Photonics, Ed. A. Wiley, 1991.
- Davis, C. C., Lasers and Electro-Optics, Ed.CambridgeUniversity Press, 1996.
- Joannopoulos, J. D. y otros, Photonic Crystals, Ed. Princeton University Press, 1995.
- Mark Fox, Quantum optics: an introduction, Oxford Master series, 2009.
- Michael A. Nielsen, L. Chuang, Quantum computation and quantum information, Cambridge University Press, 2010.