Beräkningsfysik, 6 hp

Computational Physics, 6 credits

TFYA90

Huvudområde

Teknisk fysik Fysik

Utbildningsnivå

Avancerad nivå

Kurstyp

Programkurs

Examinator

Davide Sangiovanni

Studierektor eller motsvarande

Magnus Boman

Undervisningstid

Preliminär schemalagd tid: 38 h
Rekommenderad självstudietid: 122 h
VOF = Valbar / Obligatorisk / Frivillig
Kursen ges för Termin Period Block Språk Ort VOF
6CYYY Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYY Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, franska 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, franska 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, franska (Teknisk fysik - material- och nanofysik) 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, franska (Teknisk fysik - teori, modellering och datorberäkningar) 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping O
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, japanska 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, japanska 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, japanska (Teknisk fysik - material- och nanofysik) 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, japanska (Teknisk fysik - teori, modellering och datorberäkningar) 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping O
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, kinesiska 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, kinesiska 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, kinesiska (Teknisk fysik - material- och nanofysik) 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, kinesiska (Teknisk fysik - teori, modellering och datorberäkningar) 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping O
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, spanska 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, spanska 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, spanska (Teknisk fysik - material- och nanofysik) 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, spanska (Teknisk fysik - teori, modellering och datorberäkningar) 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping O
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, tyska 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, tyska 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, tyska (Teknisk fysik - material- och nanofysik) 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYI Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik - internationell, tyska (Teknisk fysik - teori, modellering och datorberäkningar) 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping O
6CYYY Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik (Teknisk fysik - material- och nanofysik) 9 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping V
6CYYY Civilingenjör i teknisk fysik och elektroteknik (Teknisk fysik - teori, modellering och datorberäkningar) 7 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping O
6MMNQ Materials Physics for Nano and Quantum Technology, masterprogram 1 (HT 2022) 2 4 Engelska Linköping O

Huvudområde

Teknisk fysik, Fysik

Utbildningsnivå

Avancerad nivå

Fördjupningsnivå

A1X

Kursen ges för

  • Civilingenjörsprogram i teknisk fysik och elektroteknik
  • Civilingenjörsprogram i teknisk fysik och elektroteknik - internationell
  • Masterprogram i materialfysik för nano- och kvantteknologi

Rekommenderade förkunskaper

Termodynamik och statistisk mekanik (TFYA12) och Kvantmekanik (TFFY54), eller motsvarande kurser som täcker samma material och förkunskaper. Grundläggande kunskaper i datorer och programmering.

Lärandemål

Kursen är en introduktion till modern beräkningsfysik som används i fysik, materialvetenskap, kvantkemi och biologi. Kursen går igenom grundläggande principer i simulationer baserade på både klassisk fysik och kvantmekanik, huvudkomponenterna i programvara för datorberäkningar, och praktiska tillämpningar. Inkluderat är klassisk och ab-inito molekyldynamik och Monte Carlo-simuleringar, variationskalkyl, kvantmekanik för mångpartikelsystem, och täthetsfunktionalteori (DFT). Detta är metoder som idag används flitigt både inom grundforskning och i tillämpade sammanhang som t.ex. simulering av kristalltillväxt, design av nya läkemedel och bioteknologi, både inom akademi och industri. Efter fullgjord kurs ska studenten kunna:

  • Behärska grundläggande huvudidéer och teorier för både klassisk och kvantmekanisk beräkningsfysik.

  • Förstå huvudkomponenterna i de beräkningsprogram som används för att simulera material och för att finna numeriska lösningar till mångpartikelproblem i kvantmekaniken.

  • Använda datorberäkningar för att förutsäga egenskaper för material och molekylsystem.

 

Kursinnehåll

Kursen behandlar teori och praktiskt handhavande av datorsimuleringar av både klassiska och kvantmekaniska mångpartikelsystem. Kursen inleds med en översikt över den del av den statistiska mekaniken som ligger till grund för datorsimuleringar. Därefter introduceras simuleringsteknikerna Monte Carlo (MC) och molekyldynamik (MD). Kursen tar sedan upp MC-integration, viktsampling, Metropolis-algoritmen, integrering av rörelseekvationerna för mångpartikelsystem i MD, Verlets algoritm, MC och MD i olika ensembler. Kursen ger vidare en introduktion till variationskalkyl och kvantmekanik för mångpartikelsystem. Sedan härleds och diskuteras metoderna Hartree, Hartree-Fock och täthetsfunktionalteori, samt även ab-inito molekyldynamik. Kursen täcker grundläggande teori i dessa ämnen och översiktligt hur de implementeras i programvara för datorberäkningar, samt, några exempel på hur metoderna används. Kursen har fyra datorlaborationer med praktiska övningar med programvaror för datorberäkningar där man genererar data och sedan analyserar och visualiserar resultatet.

Undervisnings- och arbetsformer

Kursen består av en teoridel (22 h) med laborationer (4x4 h).

Examination

LAB1Laborationskurs2 hpU, G
UPG1Inlämningsuppgifter4 hpU, 3, 4, 5

Betygsskala

Fyrgradig skala, LiU, U, 3, 4, 5

Institution

Institutionen för fysik, kemi och biologi

Kurslitteratur

Böcker

  • M.P. Allen & D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids Oxford Science Publications
    ISBN: ISBN 0-19-855645-4

Kompendier

  • Iryna Yakymenko, Lecture Notes on Quantum Dynamics
Kod Benämning Omfattning Betygsskala
LAB1 Laborationskurs 2 hp U, G
UPG1 Inlämningsuppgifter 4 hp U, 3, 4, 5

Kursplan

För varje kurs ska en kursplan finnas. I kursplanen anges kursens mål och innehåll samt de särskilda förkunskaper som erfordras för att den studerande skall kunna tillgodogöra sig undervisningen.

Schemaläggning

Schemaläggning av kurser görs enligt, för kursen, beslutad blockindelning. 

Avbrott och avanmälan på kurs

Enligt beslut vid Linköpings universitet om Riktlinjer och rutiner för bekräftelse av deltagande i utbildning med mera på grund- och avancerad nivå (Dnr LiU-2020-02256) skall avbrott i studier registreras i Ladok. Alla studenter som inte deltar i kurs man registrerat sig på är alltså skyldiga att anmäla avbrottet så att kursregistreringen kan 
tas bort. Avanmälan eller avbrott från kurs görs via webbformulär, www.lith.liu.se/for-studenter/kurskomplettering?l=sv

Inställd kurs eller avvikelse från kursplanen

Kurser med få deltagare (< 10) kan ställas in eller organiseras på annat sätt än vad som är angivet i kursplanen. Om kurs skall ställas in eller avvikelse från kursplanen skall ske prövas och beslutas detta av dekanus. 

Riktlinjer rörande examination och examinator 

Se Beslut om Riktlinjer för utbildning och examination på grundnivå och avancerad nivå vid Linköpings universitet Dnr LiU-2020-04501, (http://styrdokument.liu.se/Regelsamling/VisaBeslut/917592). 

Examinator för en kurs ska inneha en läraranställning vid LiU i enlighet med LiUs anställningsordning, Dnr LiU-2021-01204 (https://styrdokument.liu.se/Regelsamling/VisaBeslut/622784). För kurser på avancerad nivå kan följande lärare vara examinator: professor (även adjungerad och gästprofessor), biträdande professor (även adjungerad), universitetslektor (även adjungerad och gästlektor), biträdande universitetslektor eller postdoktor. För kurser på grundnivå kan följande lärare vara examinator: professor (även adjungerad och gästprofessor), biträdande professor (även adjungerad), universitetslektor (även adjungerad och gästlektor), biträdande universitetslektor, universitetsadjunkt (även adjungerad och gästadjunkt) eller postdoktor. I undantagsfall kan även en Timlärare utses som examinator på både grund- och avancerad nivå, se Tekniska fakultetsstyrelsen vidaredelegationer. 

Examination

Principer för tentamina

Skriftlig och muntlig tentamen samt digital salstentamen och datortentamen ges minst tre gånger årligen; en gång omedelbart efter kursens slut, en gång i augustiperioden samt vanligtvis i en av omtentamensperioderna. Annan placering beslutas av programnämnden.

Principer för tentamensschemat för kurser som följer läsperioderna:

  • kurser som ges Vt1 förstagångstenteras i mars och omtenteras i juni och i augusti
  • kurser som ges Vt2 förstagångstenteras i maj och omtenteras i augusti och i januari
  • kurser som ges Ht1 förstagångstenteras i oktober och omtenteras i januari och augusti
  • kurser som ges Ht2 förstagångstenteras i januari och omtenteras i mars och i augusti

Tentamensschemat utgår från blockindelningen men avvikelser kan förekomma främst för kurser som samläses/samtenteras av flera program samt i lägre årskurs.

För kurser som av programnämnden beslutats vara vartannatårskurser ges tentamina 3 gånger endast under det år kursen ges.

För kurser som flyttas eller ställs in så att de ej ges under något eller några år ges tentamina 3 gånger under det närmast följande året med tentamenstillfällen motsvarande dem som gällde före flyttningen av kursen.

När en kurs, eller ett tentamensmoment (TEN, DIT, DAT), ges för sista gången ska ordinarie tentamen och två omtentamina erbjudas. Därefter fasas examinationen ut under en avvecklingsperiod med tre tentamina samtidigt som tentamen ges i eventuell ersättningskurs under det följande läsåret. Om ingen ersättningskurs finns ges tre tentamina i omtentamensperioder under det följande läsåret. Annan placering beslutas av programnämnden. I samtliga fall ges dessutom tentamen ytterligare en gång under det därpå följande året om inte programnämnden föreskriver annat. Totalt erbjuds alltså 6 omtentamenstillfällen, varav 2 ordinarie omtentamenstillfällen. I tentaanmälningssystemet markeras tentamina som ges för näst sista respektive sista gången.

Om en kurs ges i flera perioder under året (för program eller vid skilda tillfällen för olika program) beslutar programnämnden/programnämnderna gemensamt om placeringen av och antalet omtentamina. 

Omprov övriga examinerande moment

För riktlinjer för omprov vid andra examinerande moment än skriftliga tentamina, digital salstentamina och datortentamina hänvisas till de generella LiU-riktlinjerna för examination och examinator, http://styrdokument.liu.se/Regelsamling/VisaBeslut/917592

Nedlagd kurs

För Beslut om Rutiner för administration vid avveckling av utbildningsprogram, fristående kurser och kurser inom program, se DNR LiU-2021-04782. Efter beslut om nedläggning och efter avvecklingsperiodens slut hänvisas studenterna till ersättande kurs (eller motsvarande) enligt information i kursplan eller utbildningsplan. Om en student har godkänt i något/några moment i en avvecklad programkurs men inte alla och det finns en åtminstone delvis ersättande kurs så kan en bedömning om eventuellt tillgodoräknande ske. Eventuell tillgodoräkning av delmoment görs av examinator.

Anmälan till tentamen

För deltagande i skriftlig tentamen, digital salstentamen och datortentamen är anmälan obligatorisk, se beslut i regelsamlingen https://styrdokument.liu.se/Regelsamling/VisaBeslut/622682. En oanmäld student kan således inte erbjudas plats. Anmälan till tentamen är öppen 30 kalenderdagar före provdatum och stänger 10 kalenderdagar innan provdatum om inget annat anges. Anmälan görs i Studentportalen eller via LiU-appen. Anvisad sal meddelas fyra dagar före tentamensdagen via e-post. 

Ordningsföreskrifter för studerande vid tentamensskrivningar

Se särskilt beslut i regelsamlingen: http://styrdokument.liu.se/Regelsamling/VisaBeslut/622682.

Plussning

Vid Tekniska högskolan vid LiU har studerande rätt att genomgå förnyad examination (s.k. plussning) för högre betyg på skriftliga tentamina, digital salstentamina och datortentamina, dvs samtliga provmoment med modulkod TEN, DIT och DAT. På övriga examinationsmoment ges inte möjlighet till plussning, om inget annat anges i kursplan.

Plussning är ej möjlig på kurser som ingår i utfärdad examen.

Betyg och examinationsformer

Företrädesvis skall betygen underkänd (U), godkänd (3), icke utan beröm godkänd (4) och med beröm godkänd (5) användas. 

  • Kurser med skriftlig tentamen och digital salstentamen skall ge betygen (U, 3, 4, 5).
  • Kurser med stor del tillämpningsinriktade moment såsom laborationer, projekt eller grupparbeten får ges betygen underkänd (U) eller godkänd (G).
  • Examensarbete samt självständigt arbete ger betyg underkänd (U) eller godkänd (G).

Examinationsmoment och modulkoder

Nedan anges vad som gäller för de examinationsmoment med tillhörande modulkod som tillämpas vid Tekniska fakulteten vid Linköpings universitet. 

  • Skriftlig tentamen (TEN) och digital salstentamen (DIT) skall ge betyg (U, 3, 4, 5).
  • Examinationsmoment som kan ge betygen underkänd (U) eller godkänd (G) är laboration (LAB), projekt (PRA), kontrollskrivning (KTR), digital kontrollskrivning (DIK), muntlig tentamen (MUN), datortentamen (DAT), uppgift (UPG), hemtentamen (HEM).
  • Övriga examinationsmoment där examinationen uppfylls framför allt genom aktivt deltagande som basgrupp (BAS) eller moment (MOM) ger betygen underkänd (U) eller godkänd (G).
  • Examinationsmomenten Opposition (OPPO) och Auskultation (AUSK) inom examensarbetet ger betyg underkänd (U) eller godkänd (G).

Allmänt gäller att:

  • Obligatoriska kursmoment skall vara poängsatta och ges en modulkod.
  • Examinationsmoment som ej är poängsatt får ej vara obligatoriskt. Det är frivilligt att delta på dessa moment och information om det samt tillhörande villkor skall tydligt framgå i den beskrivande texten.
  • För kurser med flera examinationsmoment med graderad betygsskala skall det anges hur slutbetyg på kursen vägs samman.

För obligatoriska moment gäller att (i enlighet med Riktlinjer för utbildning och examination på grundnivå och avancerad nivå vid Linköpings universitet, http://styrdokument.liu.se/Regelsamling/VisaBeslut/917592): 

  • Om det finns särskilda skäl, och om det med hänsyn till det obligatoriska momentets karaktär är möjligt, får examinator besluta att ersätta det obligatoriska momentet med en annan likvärdig uppgift.

För möjlighet till anpassade examinationsmoment gäller att (i enlighet med Riktlinjer för utbildning och examination på grundnivå och avancerad nivå vid Linköpings universitet, http://styrdokument.liu.se/Regelsamling/VisaBeslut/917592): 

  • Om LiU: s koordinator för studenter med funktionsnedsättning har beviljat en student rätt till anpassad examination vid salstentamen har studenten rätt till det.
  • Om koordinatorn har gett studenten en rekommendation om anpassad examination eller alternativ examinationsform, får examinator besluta om detta om examinator bedömer det möjligt utifrån kursens mål.
  • Examinator får också besluta om anpassad examination eller alternativ examinationsform om examinator bedömer att det finns synnerliga skäl och examinator bedömer det möjligt utifrån kursens mål.

Rapportering av examinationsresultat

Rapportering av den studerandes examinationsresultat sker på respektive institution.

Plagiering

Vid examination som innebär rapportskrivande och där studenten kan antas ha tillgång till andras källor (exempelvis vid självständiga arbeten, uppsatser etc) måste inlämnat material utformas i enlighet med god sed för källhänvisning (referenser eller citat med angivande av källa) vad gäller användning av andras text, bilder, idéer, data etc. Det ska även framgå ifall författaren återbrukat egen text, bilder, idéer, data etc från tidigare genomförd examination, exempelvis från kandidatarbete, projektrapporter etc. (ibland kallat självplagiering).

Underlåtelse att ange sådana källor kan betraktas som försök till vilseledande vid examination.

Försök till vilseledande

Vid grundad misstanke om att en student försökt vilseleda vid examination eller när en studieprestation ska bedömas ska enligt Högskoleförordningens 10 kapitel examinator anmäla det vidare till universitetets disciplinnämnd. Möjliga konsekvenser för den studerande är en avstängning från studierna eller en varning. För mer information se https://www.student.liu.se/studenttjanster/lagar-regler-rattigheter?l=sv.

Regler

Universitetet är en statlig myndighet vars verksamhet regleras av lagar och förordningar, exempelvis Högskolelagen och Högskoleförordningen. Förutom lagar och förordningar styrs verksamheten av ett antal styrdokument. I Linköpings universitets egna regelverk samlas gällande beslut av regelkaraktär som fattats av universitetsstyrelse, rektor samt fakultets- och områdesstyrelser. 

LiU:s regelsamling angående utbildning på grund- och avancerad nivå nås på http://styrdokument.liu.se/Regelsamling/Innehall/Utbildning_pa_grund-_och_avancerad_niva

Böcker

M.P. Allen & D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids Oxford Science Publications

ISBN: ISBN 0-19-855645-4

Kompendier

Iryna Yakymenko, Lecture Notes on Quantum Dynamics
I = Introducera, U = Undervisa, A = Använda
I U A Moduler Kommentar
1. ÄMNESKUNSKAPER
1.1 Kunskaper i grundläggande (motsvarande G1X) matematiska och naturvetenskapliga ämnen
X
Grundläggande statistisk mekanik
1.2 Kunskaper i grundläggande (motsvarande G1X) teknikvetenskapliga ämnen
X
X
X
UPG1
Materialvetenskap, tunnfilmsfysik, kvantmekanik
1.3 Fördjupade kunskaper (motsvarande G2X), metoder och verktyg inom något/några teknik- och naturvetenskapliga ämnen
X
X
LAB1
UPG1
Tillämpad beräkningsgysik, klassiska metoder.
1.4 Väsentligt fördjupade kunskaper (motsvarande A1X), metoder och verktyg inom något/några teknik- och naturvetenskapliga ämnen

                            
1.5 Insikt i aktuellt forsknings- och utvecklingsarbete

                            
2. INDIVIDUELLA OCH YRKESMÄSSIGA FÄRDIGHETER OCH FÖRHÅLLNINGSSÄTT
2.1 Analytiskt tänkande och problemlösning
X
X
UPG1
Inlämningsuppgifter
2.2 Experimenterande och undersökande arbetssätt samt kunskapsbildning
X
X
X
LAB1
UPG1
Hypotesprövning, identifikation av problem, problemlösning
2.3 Systemtänkande
X
UPG1
Inlämningsuppgifter
2.4 Förhållningssätt, tänkande och lärande
X
X
LAB1
UPG1
Färdigheter för beräkningsstudier
2.5 Etik, likabehandling och ansvarstagande
X
X
LAB1
UPG1
Klassisk molekyldynamik, Monte Carlo, Täthetsfunktionalteori, inlämningsuppgifter
3. FÖRMÅGA ATT ARBETA I GRUPP OCH ATT KOMMUNICERA
3.1 Arbete i grupp
X
LAB1
Uppdelning av arbete i labbgrupp
3.2 Kommunikation
X
LAB1
UPG1
Kommunikation inom labbgruppen, inlämningsuppgifter
3.3 Kommunikation på främmande språk
X
LAB1
UPG1
Engelskt kursmaterial, engelsk mjukvara
4. PLANERING, UTVECKLING, REALISERING OCH DRIFT AV TEKNISKA PRODUKTER OCH SYSTEM MED HÄNSYN TILL AFFÄRSMÄSSIGA OCH SAMHÄLLELIGA BEHOV OCH KRAV
4.1 Samhälleliga villkor, inklusive ekonomiskt, socialt och ekologiskt hållbar utveckling
X
UPG1
Tillämpningsområden med miljöaspekt
4.2 Företags- och affärsmässiga villkor
X
LAB1
UPG1
Tilläpningsområden inom teknik och medicinsektor. Sammarbete inom labbgrupp
4.3 Att identifiera behov samt strukturera och planera utveckling av produkter och system
X
X
UPG1
Komponenter i beräkningsprogramvara
4.4 Att konstruera produkter och system
X
X
UPG1
Computational software
4.5 Att realisera produkter och system
X
X
UPG1
Mjukvara för datorberäkningar
4.6 Att ta i drift och använda produkter och system
X
X
LAB1
UPG1
Köra mjukvara för datorberäkningar
5. PLANERING, GENOMFÖRANDE OCH PRESENTATION AV FORSKNINGS- ELLER UTVECKLINGSPROJEKT MED HÄNSYN TILL VETENSKAPLIGA OCH SAMHÄLLELIGA BEHOV OCH KRAV
5.1 Samhälleliga villkor, inklusive ekonomiskt, socialt och ekologiskt hållbar utveckling för kunskapsutveckling
X
Tillämpningsområden med miljöaspekt
5.2 Ekonomiska villkor för kunskapsutveckling

                            
5.3 Att identifiera behov samt strukturera och planera forsknings- eller utvecklingsprojekt
X
LAB1
UPG1
Akademisk användning av tekniker som undervisas, laborationer, inlämningsuppgifter.
5.4 Att genomföra forsknings- eller utvecklingsprojekt
X
X
LAB1
UPG1
Laborationer, inlämningsuppgifter, jämförelser mellan teori och experiment.
5.5 Att redovisa och utvärdera forsknings- eller utvecklingsprojekt
X
LAB1
UPG1
Inlämningsuppgifter, laborationer.

Denna flik innehåller det material som är publikt i Lisam. Den information som publiceras här är inte juridiskt bindande, sådant material hittar du under övriga flikar på denna sida.

Det finns inga filer att visa.