• No results found

Course-File

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2020

Share "Course-File"

Copied!
24
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Course File

Even Semester         

Session 2015­16

Diploma (Sem. II – Sec )  

Applied Physics (DIP­102)

B.Sc.       (Phy. Sem. VI )  

Int. to Nano Sci. & Tech.  (BAS­608)

M.Sc.      (Phy. Sem. II)  

Nano science & Technology (MPH­204)

M.Sc.      (Phy. Sem. IV)  

Comp. App. In Physics (MPH­402)

  

TEERTHANKER MAHAVEER UNIVERSITY

UNIVERSITY POLYTECHNIC (Applied Sciences Department.)

NH­24, Delhi Road, Moradabad­244001 (U.P.)

Website: 

www.tmu.ac.in

Prepared by:

(2)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

 Syllabus

Even Semester         

Session 2015­16

Diploma (Sem. II – Sec )  

Applied Physics (DIP­102)

B.Sc.       (Phy. Sem. VI )  

Int. to Nano Sci. & Tech.  (BAS­608)

M.Sc.      (Phy. Sem. II)  

Nano science & Technology (MPH­204)

(3)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Self Time Table

9:00

9:55

10:50

11:45

12:40

1:30

2:20

3:10

Monday

Tuesday

Wednesday

Thursday

Friday

Saturday

Diploma (Sem. II – Sec )  

Applied Physics (DIP­102)

B.Sc.       (Phy. Sem. VI )  

Int. to Nano Sci. & Tech.  (BAS­608)

M.Sc.      (Phy. Sem. II)  

Nano science & Technology (MPH­204)

(4)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Diploma in Engg.

  I Year I Semester

Applied Physics

      

Course Code: 

DIP 102 /202

      

L  T  P  C      

                 5  0  0   5

      

 

Course Contents: 

Unit I  (10 Lectures)

Vector:  ­  Scalar  and  vector  quantities:  Addition,  Subtraction,  Resolution  of  vector­  Cartesian  components  of  vector, Scalar and vector product of two vectors. 

Force  and  Motion:  Parabolic  motion,  projectiles  thrown  horizontally  and  at  an  angle.  Problems  on  time  of  flight, horizontal range, and maximum vertical height. Central forces. Circular motion, angular velocity, angular  acceleration  and  centripetal  acceleration.  Relationship  between  linear  and  angular  velocity  and  acceleration.  Centripetal  and  centrifugal  forces.  Practical  applications  of  centripetal  forces.  Principle  of  centrifuge.  Gravitational force, Motion of satellites, Kepler's laws, Escape velocity, Geostationary satellite. 

Unit II  (15 Lectures)

Dynamics of Rigid Body (Rotational Motion): Rigid body, Rotational motion, Moment of inertia, Theorems  (Perpendicular  and  Parallel  axis)  of  moment  of  inertia  (Statement).  Radius  of  gyration,  angular  momentum,  Conservation of angular momentum, Torque, Rotational kinetic energy. 

Friction: Introduction, Advantage and disadvantage of friction, Static and dynamic frictional forces. 

Fluid Mechanics: Surface tension, Equation of continuity (A1V1=A2V2), Bernoulli's theorem, streamline and  Turbulent flow.  Viscosity, coefficient of viscosity, & its determination by Stock’s method.

Unit III (10 Lectures) 

Elasticity: ­ Elasticity, stress and strain, Hook’s law, elastic limit, Yielding point and breaking point. Modulus  of elasticity: Young's modulus, bulk modulus and modulus of rigidity, Poisson ratio.

Simple  Harmonic  Motion:  Periodic  Motion,  characteristics  of  simple  harmonic  motion;  equation  of  S.H.M.  and  determination  of  velocity  and  acceleration.  Simple  pendulum,  Derivation  of  their  periodic  time,  Kinetic  energy and Potential energy, Energy conservation in S.H.M. 

Unit IV (15 Lectures) 

Application of Sound Waves:­ 

Acoustics:­  Standing  waves,  Closed  and  Open  organ  pipes,  Resonance.  Echo  and  reverberation  and  reverberation time. Sabine's formula. Control of reverberation time.

Optics: Quantum nature of light, Coherence, Duality of wave and particle, Concept of Interference, Fraunhofer  single slit diffraction, Elementary concept of polarisation.

Nuclear  Physics:  Radioactivity,  Nuclear  stability,  radioactive  emission,  Nuclear  fission  and  fusion,  Chain  reaction, Nuclear reactors, Mass – energy relation, Mass defect and binding energy. 

Unit V  (10 Lectures)

Electrostatic: Electric charges, conservation law of charge, Coulomb’s law – force between two point charges,  Superposition principle and continuous charge distribution.

Electric field, electric field due to a point charge, electric field lines, electric dipole, Electric flux, statement of  Gauss’s theorem.  Electric potential, potential difference, electric potential due to a point charge, equipotential  surfaces.

Electrodynamics:  Electromotive  force,  ohm’s  law,  limitations  of  ohm’s  law,  Ampere’s  law,  Faraday’s  law,  Biot – Savart’s law. 

(5)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

A project work will be assigned to the students by the concerned subject faculty. It will carry 10 marks and will  be evaluated by the faculty itself. The topic of the project will be decided by the faculty. The students will work  in a group of 3 – 5 on each topic. The topic should be related to the subject taught by the faculty and should  have proper utility and importance to enhance his practical skill & knowledge. 

Text Books 

1. Nayar P.V., Engineering Physics, Pearson Education Pvt. Ltd.  2. TTTI, Applied Physics, Vol I & II, Publications Tata Mc Graw Hill.  3. Verma HC, Concepts in Physics Vol I & II, Bharti Bhawan Ltd.  Reference Books 

1. Subramanian & Brij Lal, A text book of optics, S. Chand & Co New Delhi.  2. Jaiswal J. N., Comprehensive Practical Physics, Vol I & II, Laxmi Publisher.

(6)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

B.Sc. Physics Ist Year – VIth Semester 

INTRODUCTION TO NANO SCIENCE & TECHNOLOGY

Course code: BAS 608 L T P C

4 1 0 5

Objective: To introduces the students to different types of nano­materials, methods of producing  them,  various analysis techniques with reference to nano­materials; and their applications in the  various field.

Unit­I   (Lectures 08)

NANOSCALE SYSTEMS: Length, energy, and time scales ­ Quantum confinement of electrons in semiconductor  nanostructures: Quantum confinement in 3D, 2D, 1D and zero dimensional structures ­Size effect and properties of  nanostructures­  Landauer­Buttiker  formalism  for  conduction  in  confined  geometries  ­  Top  down  and  Bottom  up  approach.

Unit­II  (Lectures 08) 

QUANTUM DOTS: Excitons and excitonic Bohr radius – difference between nanoparticles and quantum dots ­  Preparation through colloidal methods ­ Epitaxial methods­ MOCVD and MBE growth of quantum dots ­ current­ voltage  characteristics  ­  magneto  tunneling  measurements  ­  spectroscopy  of  Quantum  Dots:  Absorption  and  emission spectra ­ photo luminescence spectrum ­ optical spectroscopy ­ linear and nonlinear optical spectroscopy.

Unit­III  (Lectures 08) 

SYNTHESIS OF NANOSTRUCTURE MATERIALS: Gas phase condensation – Vacuum deposition ­Physical  vapor  deposition  (PVD)  ­  chemical  vapor  deposition  (CVD)  –  laser  ablation­Sol­Gel­  Ball  milling  –Electro  deposition­  electroless  deposition  –  spray  pyrolysis  –  plasma  based  synthesis  process  (PSP)  ­  hydrothermal  synthesis.

Unit­IV  (Lectures 08) 

CHARACTERIZATION:Principle  and  working  of  Atomic  Force  Microscopy  (AFM)  and Scanning  tunneling  microscopy  (STM)  ­  near­field  Scanning  Optical  Microscopy  –  Principle  of  Transmission  Electron  Microscopy  (TEM) – applications to nanostructures – nanomechanical characterization – nanoindentation

Unit­V  (Lectures 08) 

NANOTECHNOLOGY  APPLICATIONS:  Applications  of  nanoparticles,  quantum  dots,  nanotubes  and  nanowires for nanodevice fabrication – Single electron transistors, coulomb blockade effects in ultra­small metallic  tunnel junctions ­ nanoparticles based solar cells and quantum dots based white LEDs – CNT based transistors –  principle of dip pen lithography.

Text Books :

1. Hand  book  of  Nanoscience,  Engineering  and  Technology  (The  Electrical  Engineering  handbook  series),  Kluwer  Publishers, 2002 

2. “Sol­Gel Science”, C.J. Brinker and G.W. Scherrer, Academic Press, Boston (1994). 

3.Nanoscale characterization of surfaces & interfaces, N John Dinardo, Weinheim Cambridge: Wiley­VCH, 2nd ed., 2000. 

REFERENCES:

1.“Nanotechnology” G. Timp. Editor, AIP press, Springer­Verlag, New York, 1999

2. “Nanostructured  materials  and  nanotechnology’’,  Concise  Edition,  Editor:­Hari  Singh  Nalwa;  Academic  Press,  USA  (2002). 

3. “Hand  book  of  Nanostructured  Materials  and  Technology’’,  Vol.1­5,  Editor:­  Hari  Singh  Nalwa;  Academic  Press,  USA  (2000).

Learning Outcome: The student will be able­ 

(i) To demonstrate an advanced level knowledge of nano­science and its application to engineering.      To show skills necessary to produce and characterize nano­materials.

(7)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Nano­Science and Technology

      

Course Code  

MPH

 204      

L  T  P  C      

                 3  1  0   4

      

 

UNIT­ 1: Introduction to Nanoparticles  (Lectures 08)

Introduction; Historical perspective of nanoparticle; Classification of nanomaterials ­ Nanorods, Nanoparticle;  Nanomaterial  preparation  ­  Plasma  Arching,  Chemical  Vapor  Deposition,  Sol  Gel  electrode  position,  Ball  Milling technique. 

Unit – 2: Characterization Tools  (Lectures 08)

Electron  Microscopy  Techniques – SEM,  TEM;  X  ray  methods;  Optical  Methods  Fluorescence  Microscopy;  Atomic Force Microscopy; STM.

Unit – 3: Nanomagnetism  (Lectures 08)

Mesoscopic magnetism; Magnetic measurements: Miniature Hall Detectors; Integrated DC SQUID  Microsusceptometry; Magnetic recording technology; Biological Magnets. 

Unit – 4: Nanoelectronics and Integrated Systems  (Lectures 08)

Basics of nanoelectronics; Single Electron Transistor; Quantum Computation; Tools of micro­nanofabrication;  Nanolithography; Quantum electronic devices; MEMS and NEMS; Dynamics of NEMS; Limits of integrated  electronics. 

UNIT­ 5: Applications  (Lectures 08)

Micromechanical  systems;  Robots;  Ageless  materials;  Nanomechanics;  Nano  electronics;  Optoelectronic  devices; LED; Colourants and pigments; Nano biotechnology ­ DNA chips, DNA array devices, Drag delivery  systems. 

Text Books: 

1. Jan Korvink & Andreas Greiner, Semiconductors for Micro and Nanotechnology – an Introduction for  Engineers, Weinheim Cambridge: Wiley. 

2. Sunita Singh, Nano Science, Dhanpat Rai & Co.

Reference Books:

1. N  John  Dinardo, Nanoscale  Characterisation  of  Surfaces  &  Interfaces, Weinheim  Cambridge,  2nd  edition, Wiley­VCH. 

3. G Timp (ed), Nanotechnology, AIP press, Springer. 

4. M. Wilson, K. Kannangara, G. Smith, M. Simmons and B. Raguse, Nanotechnology: Basic Sciences and  Energy Technologies, Overseas Press. 

(8)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

M.Sc. 

Physics IInd Year ­ IVth Semester

Computer applications in Physics

      

Course Code  

MPH

 402      

L  T  P  C      

             3  1  0   4

       

Unit – I: C programming  (Lectures 08)

C programming basics; Arithmetic operators; Library functions, Data input and output; Relational operators; Control  statements;  Looping  arrays  functions;  Simple  programs;  User  defined  functions;  Passing  arguments;  Pointer  declarations; Passing pointers to functions; Structures; Array of structures; Unions; File operations. 

Unit – II: Introduction to MATLAB  (Lectures 08)

MATLAB environment; Working with data sets; Data input/output; Logical variables and operators; Array and X­Y  Plotting; Simple graphics; Data types matrix; String; Cell and structure; Manipulating of data of different types; File  input/output; Matlab files; Simple programs. 

Unit – III: MATLAB Tools  (Lectures 08)

Signal  processing;  toolbox;  Digital  and  analog  filter  design;  Spectral  analysis;  Filtering  and  discrete  FFTs;  Z­ transform;  DFT  and  FFT;  MATLAB  tools  for  wavelet  transform;  Instrument  control  toolbox;  Partial  differential  equation toolbox; Finite element method. 

Unit – IV: Particle­in­cell codes I:  (Lectures 08)

Introduction;  Use  of  PIC  code  in  Plasma  Physics: Compute  Charge  Density,  Compute  Electric  Potential: 

performed by solving the Poisson equation. 

Unit – V: Particle­in­cell codes II: (Lectures 08)

Compute  Electric  Field:  from  the  gradient  of  potential,  Move  Particles:  update  velocity  and  position  from  Newton’s second law, Generate Particles: sample sources to add new particles. 

Text Books: 

1. Ross L. Spencer and Michael Ware, Introduction to Matlab, Brigham Young University.

Reference Book 

1. Suresh Chandra, Applications of Numerical Techniques with C, Narosa. 

(9)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Lesson Plan

Even Semester         

Session 2015­16

Diploma (Sem. II – Sec )  

Applied Physics (DIP­102)

B.Sc.       (Phy. Sem. VI )  

Int. to Nano Sci. & Tech.  (BAS­608)

M.Sc.      (Phy. Sem. II)  

Nano science & Technology (MPH­204)

M.Sc.      (Phy. Sem. IV)  

Comp. App. In Physics (MPH­402)

(10)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Lesson Plan DEPARTMENT OF APPLIED SCIENCE Subject  Code DIP  102/202 Subject  Name Applied  Physics SUB  CODE MPH­104 Faculty  Code TMPT  0305 Faculty  Name Dr. Anuj   Agarwal Uni t Topic  No. of 

Lect. Text Book

Ref.  

Book Date

I Vector: Scalar and vector quantities: Addition, Subtraction,  Resolution of vector­ Cartesian components of vector, Scalar  and vector product of two vectors

2

B1, 

B2, B4 B3, B5  

2 Force and Motion: Parabolic motion, projectiles thrown  horizontally and at an angle. Problems on time of flight,  horizontal range, and maximum vertical height

3

B1, 

B2, B4 B3, B5  

3 Central forces. Circular motion, angular velocity, angular  acceleration and centripetal acceleration. Relationship  between linear and angular velocity and acceleration.  Centripetal and centrifugal forces 3 B1, 

B2, B4 B3, B5  

4 Gravitational force, Motion of satellites, Kepler's laws, Escape 

velocity, Geostationary satellite. 2 B2, B4B1,  B3, B5  

5 Dynamics of Rigid Body (Rotational Motion): Rigid body,  Rotational motion, Moment of inertia, Theorems  (Perpendicular and Parallel axis) of moment of inertia  (Statement). Radius of gyration, angular momentum,  Conservation of angular momentum, Torque, Rotational  kinetic energy.  5 B1, 

B2, B4 B3, B5  

6 Friction: Introduction, Advantage and disadvantage of 

friction, Static and dynamic frictional forces.  4 B2, B4B1,  B3, B5  

7 Fluid Mechanics: Surface tension, Equation of continuity  (A1V1=A2V2), Bernoulli's theorem, streamline and Turbulent  flow. Viscosity, coefficient of viscosity, & its determination  by Stock’s method.

6

B1, 

B2, B4 B3, B5  

8 Elasticity: ­ Elasticity, stress and strain, Hook’s law, elastic  limit, Yielding point and breaking point. Modulus of 

elasticity: Young's modulus, bulk modulus and modulus of 

rigidity, Poisson ratio.  4 B2, B4B1,  B3, B5  

9 Simple Harmonic Motion: Periodic Motion, characteristics  of simple harmonic motion; equation of S.H.M. and  determination of velocity and acceleration. Simple pendulum,  Derivation of their periodic time, Kinetic energy and Potential  energy, Energy conservation in S.H.M. 6 B1, 

B2, B4 B3, B5  

10 Application of Sound Waves:­ 

Acoustics:­ Standing waves, Closed and Open organ pipes,  Resonance. Echo and reverberation and reverberation time.  Sabine's formula. Control of reverberation time.

5

B1, 

B2, B4 B3, B5  

11 Optics: Quantum nature of light, Coherence, Duality of wave  and particle, Concept of Interference, Fraunhofer single slit  5

B1,  B2, B4

(11)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

diffraction, Elementary concept of polarisation.

12 Nuclear Physics: Radioactivity, Nuclear stability, radioactive  emission, Nuclear fission and fusion, Chain reaction, Nuclear  reactors, Mass – energy relation, Mass defect and binding  energy.

5

B1, 

B2, B4 B3, B5  

13 Electrostatic: Electric charges, conservation law of charge,  Coulomb’s law – force between two point charges, 

Superposition principle and continuous charge distribution. Electric field, electric field due to a point charge, electric field  lines, electric dipole, Electric flux, statement of Gauss’s  theorem.  Electric potential, potential difference, electric  potential due to a point charge, equipotential surfaces.

7

B1, 

B2, B4 B3, B5  

14 Electrodynamics: Electromotive force, ohm’s law, 

limitations of ohm’s law, Ampere’s law, Faraday’s law, Biot –  Savart’s law.

3

B1, 

B2, B4 B3, B5  

Text Books:

1. Nayar P.V., Engineering Physics, Pearson Education Pvt. Ltd.  2. TTTI, Applied Physics, Vol I & II, Publications Tata Mc Graw Hill.  3. Verma HC, Concepts in Physics Vol I & II, Bharti Bhawan Ltd.  Reference Books:

1. Subramanian & Brij Lal, A text book of optics, S. Chand & Co New Delhi.  2. Jaiswal J. N., Comprehensive Practical Physics, Vol I & II, Laxmi Publisher.

(12)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Lesson Plan Subjec t Code BAS  608 Subjec t  Name Int. to Nano  Science &  Technology SUB  CODE MPH­104 Facult y Code TMPT  0305 Facult y  Name Dr. Anuj   Agarwal

Objective: This module develops an understanding the students –

(i) To different types of nano­materials, methods of producing them. (ii) Various analysis techniques with reference to nano­materials; and their applications in the field of  medical and electronics. Learning Outcomes: The student will be able­  (i) To demonstrate an advanced level knowledge of nano science and its application to engineering.  (ii) To show skills necessary to produce and characterize nano materials. Lec  No. Unit

Topic To be covered Ref. Book  Pg. No. Date  Covered Remar k 1

I Length, energy, and time scales  MNA 1147, 

1111, 1149    

2 I Quantum  confinement  of  electrons  in  semiconductor 

nanostructures    

3 I Quantum confinement in 3D structures    

4 I Quantum confinement in  2D structures    

5 I Quantum confinement in 1D structures    

6 I Quantum confinement in zero dimensional structures    

7 I Size effect and properties of nanostructures    

8 I Landauer­Buttiker formalism for conduction in confined 

geometries    

9 II Excitons and excitonic Bohr radius     

10 II Difference between nanoparticles and quantum dots    

11 II Preparation through colloidal methods    

12 II Epitaxial methods    

13 II MOCVD  and  MBE  growth  of  quantum  dots  ­  current­voltage 

characteristics    

14 II Magneto tunneling measurements ­ spectroscopy of Quantum 

Dots    

15 II Absorption and emission spectra ­ photo luminescence spectrum    

16 II Optical spectroscopy ­ linear and nonlinear optical spectroscopy.    

17 III Gas phase condensation     

18 III Vacuum deposition ­Physical vapor deposition (PVD) MNA 1122    

19 III Vacuum deposition ­chemical vapor deposition (CVD) MNA 1123    

20 III Laser ablation ­ Sol­Gel MNA 1132    

21 III Ball milling MNA 1130    

22 III Electro deposition­ electroless deposition – spray pyrolysis    

(13)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

24 III Hydrothermal synthesis.    

25 IV Principle and working of Atomic Force Microscopy (AFM) MNA 1120    

26 IV Principle and working of Atomic Force Microscopy (AFM) MNA 1120    

27 IV Scanning tunneling microscopy (STM) MNA 1118    

28 IV Near­field Scanning Optical Microscopy    

29 IV Principle of Transmission Electron Microscopy (TEM)    

30 IV Applications to nanostructures    

31 IV Nano mechanical characterization    

32 IV Nano indentation    

33 V Applications of nanoparticles, quantum dots     

34 V Nano tubes and nanowires for nanodevice fabrication MNA 1144    

35 V Nano tubes and nanowires for nanodevice fabrication    

36 V Single electron transistors    

37 V Coulomb blockade effects in ultra­small metallic tunnel 

junctions    

38 V Nano particles based solar cells and quantum dots based white 

leds    

39 V CNT based transistors    

40 V Principle of dip pen lithography.    

Text Books :

1. Hand  book  of  Nanoscience,  Engineering  and  Technology  (The  Electrical  Engineering  handbook  series),  Kluwer  Publishers, 2002 

2. “Sol­Gel Science”, C.J. Brinker and G.W. Scherrer, Academic Press, Boston (1994). 

3.Nanoscale characterization of surfaces & interfaces, N John Dinardo, Weinheim Cambridge: Wiley­VCH, 2nd ed., 2000. 

REFERENCES:

1.“Nanotechnology” G. Timp. Editor, AIP press, Springer­Verlag, New York, 1999

2.  “Nanostructured  materials  and  nanotechnology’’,  Concise  Edition,  Editor:­Hari  Singh  Nalwa;  Academic  Press,  USA  (2002). 

3.  “Hand  book  of  Nanostructured  Materials  and  Technology’’,  Vol.1­5,  Editor:­  Hari  Singh  Nalwa;  Academic  Press,  USA  (2000).

(14)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Lesson Plan

Subject Code MPH 204 Subject Name Nano­Science and Technology Faculty Code TMPT 0305 Faculty Name Dr. Anuj  Agarwal

Objective: This module develops an understanding the students – 

(i) to different types of nano­materials, methods of making them, various analysis techniques  with reference to nano­materials; 

(ii) their applications in the field of medical and electronics. Learning Outcome: The student will be able­  

(i) To demonstrate an advanced level knowledge of nanoscience and its application to engineering.       (ii) To show skills necessary to produce and characterize nanomaterials.      Lect.  No. Date of  Lect. Del.

Unit Topic(s)Covered Ref. Book  (page No.)

Remark

1. I Introduction SS 1.1

2. Historical perspective of nanoparticle SS 1.4 ­1.5

3. Classification of nanomaterials ‐ Nanorods SS 15.1

4. Nanoparticle SS 9.1

5 Nanomaterial preparation ­ Plasma Arcing SS 15.11

6. Chemical Vapor Deposition SS 11.10

7. Sol Gel electrode position SS 11.11

8. Ball Milling technique SS

9. II Electron Microscopy Techniques  SS 13.1

10. SEM SS 13.5

11 STM SS 13.2

12 TEM SS 13.2

13 X ray methods SS 14.17

14 Optical Methods SS 14.10

15 Fluorescence Microscopy SS15.1

16 Atomic Force Microscopy SS 13.11

17 III Mesoscopic magnetism SS 13.13

18 Magnetic measurements SS 14.6

19 Miniature Hall Detectors SS 14.7

20 Integrated DC SQUID Microsusceptometry SS 14.8 21 Integrated DC SQUID Microsusceptometry SS 14.9

22 Magnetic recording technology SS 14.10

23 Biological Magnets SS 15.6

24 IV Basics of nanoelectronics SS 15.2

25 Basics of nanoelectronics SS 15.2

26 Single Electron Transistor SS 10.3

27 Quantum Computation SS 10.2

28 Tools of micro­nanofabrication;  Nanolithography

SS 10.4

29 Quantum electronic devices SS 10.5

30 MEMS and NEMS SS 16.2

(15)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

32 Limits of integrated electronics SS 16.4

33 V Micromechanical systems SS 17.3

34 Robots SS 17.8

35 Ageless materials SS 17.5

36 Nanomechanics; Nano electronics SS 17.1 ­17.6

37 Optoelectronic devices SS 17.4

38 LED; Colourants and pigments SS 17.3

39 Nano biotechnology ­ DNA chips SS 17.1 ­17.6

40 DNA array devices, Drag delivery systems SS 17.1 ­17.6 Text Books: 

5. Jan Korvink & Andreas Greiner, Semiconductors for Micro and Nanotechnology – an Introduction for  Engineers, Weinheim Cambridge: Wiley. 

6. Sunita Singh, Nano Science, Dhanpat Rai & Co.

Reference Books:

2. N  John  Dinardo, Nanoscale  Characterisation  of  Surfaces  &  Interfaces, Weinheim  Cambridge,  2nd  edition, Wiley­VCH. 

(16)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Lesson Plan

Subject Code MPH 402 Subject Name Comp. App. In Physics Faculty Code TMPT 0305 Faculty Name Dr. Anuj  Agarwal Objective: This module develops an understanding the students – 

(i) to different types of nano­materials, methods of making them, various analysis techniques  with reference to nano­materials; 

(ii) their applications in the field of medical and electronics. Learning Outcome: The student will be able­  

(i) To demonstrate an advanced level knowledge of nanoscience and its application to engineering.       (ii) To show skills necessary to produce and characterize nanomaterials.     

Lect.  No.

Date of  Lect. Del.

Unit Topic(s)Covered Ref. Book  (page No.)

Remark

1. I MATLAB environment; Working with data sets

2. Data input/output

3. Logical variables and operators; Array and X­Y  Plotting

4. Simple graphics, File input/output; Matlab files

5 Data types matrix

6. String; Cell and structure

7. Manipulating of data of different types

8. Simple programs.

9. II Signal processing; toolbox

10. Digital and analog filter design

11 Spectral analysis; Filtering and discrete FFTs

12 Z­transform; DFT and FFT

13 MATLAB tools for wavelet transform

14 Instrument control toolbox

15 Partial differential equation toolbox

16 Finite element method.

Text Books: 

1. Ross L. Spencer and Michael Ware, Introduction to Matlab, Brigham Young University.

Reference Book 

1. Suresh Chandra, Applications of Numerical Techniques with C, Narosa. 

(17)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Assignment

Even Semester         

Session 2015­16

Diploma (Sem. II – Sec )  

Applied Physics (DIP­102)

B.Sc.       (Phy. Sem. VI )  

Int. to Nano Sci. & Tech.  (BAS­608)

M.Sc.      (Phy. Sem. II)  

Nano science & Technology (MPH­204)

(18)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Diploma in Engg.

  I Year I/II Semester

DIP 102/202    Applied Physics

Assignment

Unit I 

1. What do you mean by scalar and vector quantities?

2. Define (a) Null Vector, (b) Unit Vector, (c) Co – initial vector & (d) Collinear vector. 3. What is parallelogram law of vector addition?

4. Drive the relation between angular velocity and linear velocity? 5. What is centrifugal force?

6. Wrtie Kepler’s law of planetary motion. 7. Drive relation between ‘g’ and ‘G’.

8. Prove that trajectory of projectile is parabola.

9. Write the formula of  (a) time of flight, (b) range & (c) maximum height of a body during projectile  motion.

10. What do you mean by Newton’s law of gravitational attraction?

Unit II   

1. Define moment of inertial of a rigid body.

2. Derive relation between moment of force and angular acceleration of rotating body.

3. Explain – (a) Radius of gyration, (b) Theorem of parallel axis & (c) Theorem of perpendicular axis. 4. Define angular momentum and moment of force.  Derive the expression  . .

5. Define – (a) Surface tension, (b) Stream line flow & (c) turbulent flow 6. State and drive Bernoulli’s theorem and gives it’s practical application? 7. Drive the expression for coefficient of viscosity using Stoke’s law?

8. Explain the advantages and disadvantages of friction.  Write the law of friction. 9. Explain equation of continuity ().

10. Explain – (a) static friction, (b) limiting friction & (c) kinetic friction. Unit III 

1. Explain the terms – (a) elasticity, (b) stress & (c) strain. 2. What do you mean by Hook’s law.  

3. Explain – (a) elastic limit, (b) Yielding point & (c) breaking point.

4. Explain – (a) Young’s modulus, (b) Bulk modulus, (c) Modulus of rigidity & (d) Poisson’s ration. 5. What do you mean by simple harmonic motion.

6. What are the characteristics of S.H.M.

7. Drive the expression of potential and kinetic energy of a particle executing S.H.M. 8. Explain the energy conservation in S.H.M.

Unit IV 

1. What do you mean by nuclear fusion and fission? 2. What is radioactivity and nuclear stability?

3. Explain – (a) mass defect, (b) binding energy, (c) mass energy relation and (d) nuclear reaction. 4. What is reverberation time? How is it controlled?

5. What do you mean by ‘Echo’?  Difference between Echo and Revrberation? 6. Explain – (a) Coherence, (b) interference, (c) diffraction and (d) Polarization.

7. What do you mean by dual nature of light? Drive the expression of De – Broglied wavelength? 8. What do you mean by standing / stationary waves?

(19)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

Unit V 

1. Defin Ampere’s Circutal law. 2. What is Ohm’s law.

3. State and explain Coulomb’s law between two point charges.

4. What do you mean by electric field?  Find the electric field due to point charge. 5. Define Gauss’s theorem.

(20)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

B.Sc. 

(H) PHYSICS IIIrd Year ­ VIth Semester

BAS

 608

:    

Introduction to Nanoscience & Technology

Question Bank

Unit­1 1. Define nano structured material? 2. List any four day to day live commercial applications of nanotechnology? 3. What do you mean by nanscience and nano – technology? Explain what kind of changes are observed in  materials when size changes from micons to nanometers? 4. What are the challenges faced by researchers in nano technology? 5. Why surface area / volume, ratio is very large for nano – particles compared to bulk materials? Explain  with a simple example. Highlight any two problems associated with increase in surface area? 6. Why materials show different properties at nano – level? 7. What do you mean by quantum dots & nanocrystals? 8. Briefly narrate the history of nanomaterials? 9. List any four bottom up approaches for synthesis of nanopowders and explain any one of them in detail? 10. Briefly explain Drexler­Smalley debate ­ realistic projections.  Unit­2 1. Explain the lithographic and non – lithographic techniques of formation of nano – materials. 2. Discuss the importance of all evaporation techniques of nanomaterials.

3. Explain ­Imprint Lithography.

4. Explain ion beam lithography process. 5. Explain E – Beam evaporation. 6. Discuss different photo lithography processes. 7. Explain XRD technique for material characterization. 8. Explain Dip­Pen Lithography technique for material characterization. Unit­3 1. Explain SOL­GEL synthesis for producing nanomaterials with the help of a neat sketch? 2. Define top down and bottom up approach? 3. Explain the role of bottom up & top down approaches in nanotechnology 4. What is CVD? Explain the thin film growth process by CVD. Write the types and application of CVD.   5. What is PVD? Explain the thin film growth process by PVD. Write the types and application of PVD. 6. Explain E – Beam evaporation. 7. Explain the pulsed laser deposition and explain deposition of the ablation material on the substrate. 8. Explain the Molecular Beam­Epitaxi Technique.

Unit­4 1. Give comparative analysis of various microscopy used in visualization of nanostructure. 2. Discuss the importance of Transmission Electron Microscopy, TEM at nanoscale. 3. Discuss the phenomenon by which we can find the surface structure of nanomaterials. 4. Describe method of measuring properties of nano – particles such as atomic structure, particle size determination  and surface structures.What is the difference between SEM & TEM? 5. What is the difference between STM & AFM? 6. Explain the working of scanning probe microscopy (SPM) with a neat sketch? 7. Explain the working of MRI with a neat sketch? 8. What do you mean by elastic scattering and inelastic scattering of electrons? 9. What do you mean by primary, secondary, backscattered electrons in relation with SEM? 10. Explain XRD technique for material characterization? Unit­5

(21)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

1. Why C­60 molecules are called as bucky balls? Give reasons? 2. What are the types of carbon nanotubes?

3. What are the induced effects due to increase in surface area of nanoparticles? 4. Define carbon nanotube?

5. Define bucky ball?

6. Define nanocomposite? What are the types of nanocomposites? 7. List methods for producing bucky balls?

8. List methods for producing carbon nanotubes?

9. List any two applications of bucky balls and carbon nanotubes? 10. List any four material characterization techniques?

11. Give  any  two  excellent  properties  of  carbon  nanotubes?  What  are  the  types  of  carbon  nanotubes?  Highlight the properties of carbon nanotubes?

(22)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

M.Sc. 

Physics Ist Year ­ IInd Semester

MPH

 204

:    

Nano­Science and Technology 

Question Bank

UNIT­ 1

1. Define nano structured material?

2. Classify nanomaterials and give examples for them? 3.  What are the applications of nano – technology?

4. What do you mean by nanscience and nano – technology? Explain what kinds of changes are observed  in materials when size changes from micons to nanometers?

5. Define top down and bottom up approach?

6. Explain the role of bottom up & top down approaches in nanotechnology? 

7. Why surface area / volume, ratio is very large for nano – particles compared to bulk materials? Explain  with a simple example. Highlight any two problems associated with increase in surface area?

8. With a neat sketch, explain mechanical milling process for synthesis of  nano particles? List advantages  and disadvantages also?

9. What do you mean by quantum dots & nanocrystals? 10. Briefly narrate the history of nanomaterials?

11. List any four bottom up approaches for synthesis of nanopowders and explain any one of them in detail? 12. Explain Plasma arcing synthesis for producing nanomaterials.

13. Explain SOL­GEL synthesis for producing nanomaterials with the help of a neat sketch? 

14. What is CVD? Explain the thin film growth process by CVD. Write the types and application of CVD.  

Unit – 2

1. What is the difference between SEM & TEM? 2. What is the difference between STM & AFM?

3. What do you mean by elastic scattering and inelastic scattering of electrons?

4. What do you mean by primary, secondary, backscattered electrons in relation with SEM? 5. Discuss the importance of Transmission Electron Microscopy, TEM at nanoscale.

6. Discuss the phenomenon by which we can find the surface structure of nanomaterials.

7. Describe method of measuring properties of nano – particles such as atomic structure, particle size determination  and surface structures.

8. Explain the working of atomic force microscopy (AFM) with a neat  sketch? 9. Explain XRD technique for material characterization?

Unit – 3: Nanomagnetism 

1. Explain Mesoscopic magnetism.

2. Write short notes on Miniature Hall Detectors. 3. Discuss Integrated DC SQUID Microsusceptometry. 4. Write short notes on Magnetic recording technology 5. Write short notes on Biological Magnets

Unit – 4: Nanoelectronics and Integrated Systems  1. What are the types of MEMS?

2. Expalin quantum computation.

3. Define MEMS? What are the types and applications of MEMS? 4. Write a short notes on nanofabrication?

5. What are the applications of MEMS?

(23)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

7. Explain Electron beam lithography with a neat sketch? 8. Explain atomic beam lithography with a neat sketch?

9. What are the methods available for fabrication of MEMS? Explain? 10. Explain cantilever sensors (mechanical mems) with a neat sketch?

11. Explain the working of magnetic actuator (magnetic mems) with a neat  sketch? 12. Write a short note on thermal mems and thermal actuators?

13. Explain working of MEMS gyroscope with a neat sketch? 14. Explain Mechanical actuator used in mechanical mems? 15. Explain a) acoustic mems b) mems gyroscopes

UNIT­ 5: Applications 

1.

Explain use of nanotechnology in robotics.

2.

Write a short note on microfabrication?

3.

Explain use of nanotechnology in Nano electronics.

4.

Explain use of nanotechnology in Optoelectronic devices.

5.

Explain use of nanotechnology in LED.

6.

Explain use of nanotechnology in Colourants and pigments.

7.

Explain use of nanotechnology in Nano biotechnology.

(24)

Dr. Anuj Kumar Agarwal

University Polytechnic

M.Sc. 

Physics Ist Year ­ IInd Semester

MPH

 402

:    

Computer Application in Physics.

Question Bank

Unit – 2

1. What do understand with logical variables and operators? 2. Write a program to draw X – Y plotting for I­V characteristics. 3. Define arrays. 

4. What do you understand with logical variables and operators? 5. Write a program to read data from a data file.

Unit – 3: Nanomagnetism 

1. What do you understand by signal processing? 2. Define FFT, DFT.

3. What do you understand by finite element method?

4. Write a simple partial differential equation and write a matlab program to solve it. 5. What do you understand by spectral analysis?

References

Related documents

Single-molecule force spectroscopy demonstrates that the enzyme binds with low af- finity to structurally different peptidoglycans and to chitin, and that glucosamine in the

This paper draws from the experiences of 11 year old British born children whose parents are Bangladeshi and maintain transnational ties between east London, namely the borough

Bank of Philippine Islands – ATM Offsite II Malhacan Savings Marife Cruz Manager 6.8 BPI Family Savings Bank Calvario Thrift /Savings Victoria S.. San

Since a national merger has a potential ‘raising rivals’ cost’ effect (when non-labour cost savings are not too large) while an international merger always leads to lower wages

100 Substance Abuse and Mental Health Services Administration, Results from the 2013 National Survey on Drug Use and Health: Summary of National Findings, NSDUH Series H-48,

This release of the BSB Business Services Training Package contains 61 qualifications, 35 skill sets and 563 native units of competency (comprising 523 units updated to meet

• No later than 7 days following the last day of the work week worked by a day and temporary laborer, the third party client must provide the day and temporary labor agency

The decision for the hiring partnership, the dissolution by Patricia and Priscilla without the consent of Pauline or Philip is not valid.. Does Philip have any