PROGRAMA DE LA ASIGNATURA "Nanomateriales y Nanotecnología" Grado en Ingeniería de Materiales. Departamento de Electrónica y Electromagnetismo

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1 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA "Nanomateriales y Nanotecnología" Grado en Ingeniería de Materiales Departamento de Electrónica y Electromagnetismo Facultad de Física DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Grado en Ingeniería de Materiales 2011 Facultad de Física Nanomateriales y Nanotecnología Optativa 4º Cuatrimestral Ciclo: Área: Electrónica (Área responsable), Química Inorgánica Horas : Créditos totales : Departamento: Dirección física: Dirección electrónica: 4.5 Electrónica y Electromagnetismo (Departamento responsable), Química Inorgánica FACULTAD DE FÍSICA, AVDA. REINA MERCEDES, S/N SEVILLA OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos - Ofrecer una visión lo más completa posible de los nanomateriales, sus fundamentos teóricos, técnicas de estudio, caracterización y aplicaciones - Conocer los principios esenciales relacionados con la nanotecnología, los retos y tendencias y su evolución - Estudiar las propiedades físico-químicas, técnicas de caracterización y procesos de fabricación de nanomateriales - Comprender la funcionalidad de diversos nanodispositivos y nanoestructuras empleados en electrónica, incluyendo dispositivos cuánticos, moleculares y espintrónicos - Saber modelar, analizar y simular el comportamiento real de nanodispositivos y materiales nanoestructurados - Estudiar la sinergia e integración de la nanotecnología con otras ramas de la ciencia y la ingeniería, principalmente electrónica y biotecnología - Saber acceder a las diversas fuentes de información de la red con el fin de estar permanentemente al día del estado del arte de nanomateriales y nanotecnología - Transmitir el entusiasmo por el conocimiento de la nanotecnología y sus aplicaciones Curso de entrada en vigor: 2013/ de 5

2 Competencias: Competencias transversales/genéricas - Capacidad de análisis y síntesis - Capacidad de organizar y planificar - Conocimientos generales básicos - Solidez en los conocimientos básicos de la profesión - Comunicación oral en la lengua nativa - Comunicación escrita en la lengua nativa - Conocimiento de una segunda lengua - Habilidades elementales en informática - Habilidades para recuperar y analizar información desde diferentes fuentes - Resolución de problemas - Toma de decisiones - Capacidad de crítica y autocrítica - Trabajo en equipo - Habilidades en las relaciones interpersonales - Habilidades para trabajar en grupo - Habilidades para trabajar en un equipo interdisciplinario - Habilidad para comunicar con expertos en otros campos - Habilidad para trabajar en un contexto internacional - Compromiso ético - Capacidad para aplicar la teoría a la práctica - Capacidad para un compromiso con la calidad ambiental - Habilidades de investigación - Capacidad de aprender - Capacidad de adaptación a nuevas situaciones - Capacidad de generar nuevas ideas - Liderazgo Competencias específicas - Conocer los fundamentos físico-químicos, técnicas de estudio y fabricación de materiales nanoestructurados, nanopartículas y nanodispositivos - Conocer los principales retos, tendencias y aplicaciones de materiales fabricados a escala nanométrica - Conocer las principales herramientas analíticas y de simulación de nanoestructuras y nanodispositivos en diversos ámbitos de aplicación, con énfasis en nanoelectrónica y biología - Saber modelar y analizar el comportamiento real de diferentes tipos de nanodispositivos fabricados en distintas tecnologías y sustratos - Familiarizarse con los documentos técnicos característicos de las nanotecnologías de fabricación - Saber utilizar herramientas CAD de apoyo en el análisis, diseño y fabricación de nanoestructuras y nanodispositivos - Conocer todos los aspectos prácticos necesarios para poder aplicar los conocimientos aprendidos en materia de nanotecnología al desarrollo de productos en la industria - Saber elaborar un documento técnico sobre un proyecto de ingeniería, particularmente relacionado con nanomateriales y nanotecnología - Saber transmitir correctamente los resultados de un proyecto de ingeniería (tecnología de nanomateriales) de una forma clara y concisa - Saber trabajar cooperativamente para la realización de un proyecto - Saber utilizar los nanomateriales y las nanotecnologías de fabricación de una forma eficiente - Saber acceder a las diversas fuentes de información de la red con el fin de estar permanentemente al día del estado del arte de materiales y dispositivos electrónicos - Aprender a aprender y a ser autodidacta - Ser autocrítico y riguroso en la evaluación de resultados - Ser claro y preciso en la redacción de documentos técnicos - Ser capaz de planificar y coordinar convenientemente la ejecución de un trabajo en el tiempo fijado - Ser capaz de abordar los retos nuevos que se presenten en el desarrollo de la actividad profesional CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA BLOQUE I: INTRODUCCIÓN, FUNDAMENTOS Y ASPECTOS GENERALES TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA NANOTECNOLOGÍA Introducción y revisión histórica de los nanomateriales y nanotecnología Revolución tecnológica. Ley de Moore. Materiales, tecnologías y dispostivos a nanoescala, más allá de la ley de Moore ( More than Moore ) Estado del arte actual. Aplicaciones de nanotecnología. Nanoelectrónica, nanorobótica, biotecnología. Integración de diversas tecnologías Retos y tendencias en nanotecnología y nanomateriales Organización y objetivos de la asignatura nanomateriales y nanotecnología Curso de entrada en vigor: 2013/ de 5

3 TEMA 2: FUNDAMENTOS FÍSICO-QUÍMICOS DE NANOMATERIALES Y NANOTECNOLOGÍA Principios y propiedades físico-químicas de nanomateriales y nanoestructuras Estructura atómica y molecular Hibridaciones de orbitales atómicos. Enlace químico Nociones de Física cuántica. Principio de incertidumbre. Principio exclusión de Pauli. Funciones de onda. Ecuación de Schrödinger TEMA 3: SÍNTESIS, PREPARACIÓN Y FABRICACIÓN DE NANOMATERIALES Y NANOESTRUCTURAS Técnicas de síntesis y preparación de nanoestructuras. Aproximaciones top-down y bottom-up Química de coloides y de superficies, principios, teoría DLVO y punto isoeléctrico Características de las nanopartículas: tamaño, carga, estabilización, comportamiento físico en dispersión Procesos físico-químicos de formación, crecimiento y ensamblado de nanomateriales Diferentes tipos de sustrato y tecnologías. Sustratos cristalinos semiconductores. Tecnologías de película fina. Nanolitografía Caracterización de nanoestructuras y nanomateriales. Técnicas de microscopía. Microscopio de efecto túnel. Microscopio de fuerza atómica AFM. Microscopía de haces electrónicos BLOQUE II: APLICACIONES DE LOS NANOMATERIALES Y DE LA NANOTECNOLOGÍA TEMA 4: NANOMATERIALES Y NANODISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Nanomateriales y nanodispositivos cuánticos. Dispositivos basados en confinamientos cuánticos. Dispositivos de efecto túnel. Transistores de un único electrón Nanomateriales moleculares. Nanomateriales basados en carbono - fulerenos: nanotubos de carbono y grafeno Materiales orgánicos y sustratos flexibles. Transistores de película fina Materiales y dispositivos espintrónicos, SpinFET Transistores de un único electrón (SED), Fin-FET Memristores Estructuras micro- y nano-electromecánicas (MEMs y NEMs) Nanotransistores FET: nanometer CMOS, tunneling FET, Graphene FET (G-FET) TEMA 5: MODELADO Y SIMULACIÓN DE NANOMATERIALES Y NANODISPOSITIVOS Modelos de simulación de nanomateriales y nanodispositivos Herramientas CAD para simulación de nanomateriales Simulación eléctrica de nanodispositivos electrónicos Introducción al entorno nanohub TEMA 6: NANOBIOTECNOLOGÍA Introducción a la nanobiotecnología Fundamentos de biología molecular. Nanomateriales biológicamente activos Nanopartículas como marcadores biológicos Máquinas nanobiomoleculares ACTIVIDADES FORMATIVAS Relación de actividades formativas del cuatrimestre Clases teóricas 25.0 Las sesiones teóricas consistirán en la exposición oral por parte del profesor de los contenidos teóricos fundamentales de la asignatura. Para ello se hará uso de los medios audiovisuales disponibles en la Facultad de Física, tales como video-proyección, transparencias, pizarra electrónica, etc. En cada sesión se presentarán los fundamentos y principios teóricos correspondientes a la lección de ese día, reforzados por la realización de ejercicios prácticos, simulaciones por ordenador, etc. Se fomentará la participación activa de los alumnos en clase mediante la invitación a realizar los ejercicios que se están discutiendo y mediante pequeñas preguntas sobre el tema que pretenden mantener la atención durante toda la sesión. Asimismo se acompañarán dichas sesiones con todos los materiales de apoyo pedagógico al alcance del profesor, como por ejemplo, microfotografías de circuitos integrados, obleas, demostraciones prácticas, uso intensivo de dispositivos tipo tablet, etc. Curso de entrada en vigor: 2013/ de 5

4 Prácticas de Laboratorio 1 Las prácticas de laboratorio consistirán en la realización por parte de los alumnos de una serie de trabajos de dos tipos fundamentalmente: montajes experimentales y simulaciones por ordenador. Estas sesiones tienen un doble propósito. Por un lado se pretenden reforzar los conceptos estudiados en las sesiones teóricas. Por otro lado, se pretende que el alumno se acerque al mundo real de la aplicación de distintos nanomateriales y nanodispositivos. Exposiciones y seminarios 5.0 Cada bloque temático se impartirá un seminario específico encaminado a sincronizar los conocimientos básicos sobre ciertos temas, con el fin de cubrir los aspectos más avanzados, tratados forzosamente con menos profundidad en las sesiones de aula. Exposición de trabajos realizados 2.0 Esta actividad consistirá en la exposición de los trabajos realizados por los alumnos, incluyendo tanto los trabajos de prácticas como otros trabajos (académicamente dirigidos o no) que hayan podido realizar a lo largo del curso. La exposición tendrá una parte colectiva (si el trabajo es en grupo) y una parte individual, en la que se valorará las capacidades individuales del alumno. Estudio y preparación de trabajos 6 En esta actividad los alumnos llevarán a cabo el trabajo personal necesario para completar las distintas actividades formativas del curso, incluyendo el estudio de los temas teóricos así como la realización de las prácticas, elaboración de las memorias de las mismas y ejecución de trabajos académicamente dirigidos. Curso de entrada en vigor: 2013/ de 5

5 Visitas y control de lectura obligatoria Exposición y debate de temas de actualidad relacionados con la asignatura, visitas a centros de investigación y empresas del sector, etc. Asimismo, se hará un control de la lectura de ciertos textos que los profesores podrían recomendar o exigir a los alumnos y cuya lectura será controlada periódicamente y discutida con los profesores SISTEMAS Y CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Realización de ejercicios y prácticas La evaluación de la asignatura se llevará a cabo de forma continua y mediante la realización de prácticas y/o trabajos obligatorios y opcionales, que podrán ser de carácter teórico-práctico. Curso de entrada en vigor: 2013/ de 5