SINTESIS Y CARACTERIZACION ESTRUCTURAL DE LOS MATERIALES Se contextualiza esta asignatura a través de la ficha del programa Verifica aprobada por la ANECA correspondiente al Grado en Física, que se recoge en la Figura 1.

Esta ficha y sus contenidos son el autentico “contrato” que el Área de Cristalografía y Mineralogía asume con la Universidad de Valladolid, a través de la Sección de Físicas, para impartir su encargo docente en el Grado en Física. Todo lo que sigue a continuación, no es otra cosa que el desarrollo de este contrato. Se señalan los requisitos previos, las competencias transversales y específicas, las actividades formativas presenciales y no presenciales, con su temporización en valores ECTS, las habilidades resultado del aprendizaje que se pretenden, el sistema de evaluación y los contenidos generales de la asignatura.

Figura 1. Ficha del Programa Verifica / ANECA de la asignatura “Síntesis y Caracterización Estructural de los Materiales” del Grado en Física de la Universidad de Valladolid.

Objetivos formativos de la asignatura. Tal y como se describe en la ficha de la asignatura, una vez cursada la asignatura, el alumno debe haber conseguido:

• Comprender y dominar los conceptos básicos relacionados con la estructura de la materia (estructura estática y estructura dinámica).

• Conocer los modelos estructurales tipo. • Manejar los elementos geométricos de la red. • Comprender los diferentes métodos de determinación estructural. • Dominar en particular, los métodos derivados de la difracción y de la espectroscopia vibracional. • Manejar las técnicas asociadas con los métodos de determinación estructural. • Comprender y dominar los conceptos básicos asociados con la formación y crecimiento de los

cristales. • Conocer los métodos principales de síntesis de los materiales y de crecimiento cristalino.

Por tanto, “Síntesis y caracterización estructural de los materiales”, pretende dotar al egresado en Física de los conocimientos necesarios para abordar con éxito su presencia en el eje profesional relacionado con el diseño, análisis y caracterización de nuevos materiales. La correlación entre la estructura estática, la estructura dinámica y las propiedades estructurales de los materiales -objetivos fundamental de la Ciencia de Materiales-, será el eje conductor del programa propuesto en este asignatura, situando a los físicos en un espacio propio, entre la Química y la Ingeniería. Para ello, se dota a los estudiantes del Grado en Física de conocimientos sobre síntesis, técnicas de caracterización y de determinación estructural de nuevos y avanzados materiales. Respecto a las competencias transversales/genéricas y específicas, reflejadas en la ficha de la Figura 1, que se espera que el alumno haya adquirido al terminar el curso se contemplan las siguientes: Competencias Transversales

• Capacidad de análisis y síntesis, (T1). • Capacidad de organización y planificación, (T2). • Comunicación oral y escrita, (T3). • Capacidad de resolución de problemas, (T4). • Trabajo en equipo, (T5). • Capacidad de gestión de la información, (T6). • Capacidad de trabajo y aprendizaje autónomo, (T7). • Capacidad de adaptación a nuevas situaciones, (T8). • Creatividad, (T9).

Competencias Específicas

• E3: Ser capaz de comparar nuevos datos experimentales con modelos disponibles para revisar su validez y sugerir cambios con el objeto de mejorar la concordancia de los modelos con los datos.

• E4: Ser capaz de iniciarse en nuevos campos a través de estudios independientes. • E5: Ser capaz de evaluar claramente los ordenes de magnitud, de desarrollar una clara

percepción de las situaciones que son físicamente diferentes, pero que muestran analogías y, por lo tanto, permiten el uso de soluciones conocidas a nuevos problemas.

• E6: Ser capaz de realizar las aproximaciones requeridas con el objeto de reducir un problema hasta un nivel manejable.

• E8: Ser capaz de buscar y utilizar bibliografía en Física y otra bibliografía técnica, así como cualquier fuente de información relevante para trabajos de investigación y desarrollo técnico de proyectos.

• E10: Ser capaz de mantenerse informado de los nuevos desarrollos. • E11: Adquirir familiaridad con las fronteras de la investigación. • E12: Tener una buena comprensión de las teorías físicas más importantes, de su estructura

lógica y matemática y su soporte experimental. • E13: Ser capaz de integrar los conocimientos recibidos de las diferentes áreas de la Física para

la resolución de un problema. • E14: Haberse familiarizado con los modelos experimentales más importantes, y ser capaz de

realizar experimentos de forma independiente, así como describir, analizar y evaluar críticamente los datos experimentales.

• E15: Comprender y dominar el uso de los métodos matemáticos y numéricos más comúnmente

utilizados. Programa y Contenidos. Los contenidos de la asignatura “Síntesis y caracterización estructural de los materiales”, están agrupados en seis bloques temáticos:

• Estructura estática y dinámica de la materia. • Bases cristalográficas. • Métodos de determinación estructural. • Técnicas de difracción. • Técnicas espectroscópicas. • Síntesis y crecimiento cristalino: aplicaciones.

Estructura estática y dinámica de la materia. Tema 1. El estado sólido: concepto macroscópico y microscópico de cristal. Red cristalina y motivo

estructural. Orden espacial. Parámetros de orden. Periodicidad. Orden y periodicidad: sólidos cristalinos. Orden sin periodicidad: cuasicristales y fractales. Ni orden y ni periodicidad: sólidos amorfos. Entre el orden y el desorden: cristales líquidos y sólidos parcialmente cristalinos.

Tema 2. Energía de cohesión de los cristales. Interacciones atómicas en los sólidos cristalinos. Enlace

Químico: tipos. Modelo estático: estructura cristalina promedio. Modelo dinámico: Estructura dinámica del cristal.

Tema 3. Descripción de la estructura cristalina. Principios generales de la clasificación de estructuras:

empaquetados densos y otros tipos estructurales. Empaquetamiento cúbico (ccp). Empaquetamiento hexagonal (hcp).

Tema 4. Materiales con estructuras de empaquetamiento: Metales, Aleaciones, Cristales iónicos, Cristales

covalentes, Cristales moleculares. Otros tipos de empaquetamiento: Empaquetamiento tetragonal. Modelos poliédricos de empaquetamiento. Estructuras típicas de empaquetamiento: NaCl, ZnS (escalerita y wurzita), Na2O, NiAs, CsCl, y otras estructuras AX. Estructuras tipo TiO2, CdI2, CdCl2 y Cs2O. Espinelas y ferritas. Estructura de los silicatos.

Tema 5. Estructura dinámica. Vibraciones atómico – moleculares. Coordenadas de movimiento. Modos

Normales de Vibración (MNV): frecuencias fundamentales. Bases Cristalográficas. Tema 6. El cristal como medio periódico: Aspectos internos. Redes mono-, bi-y tridimensionales.

Propiedades del motivo: la celda. Tipos de celda. Representación vectorial. Tema 7. Propiedades de la Red. Elementos geométricos de la red. Notación de los elementos

geométricos de la red. Coeficientes de Weiss. Índices de Miller. Zonas cristalográficas. Ejes de zona. Espaciado reticular. Densidad reticular. Red recíproca. Parámetros recíprocos. Propiedades de la red recíproca. Zonas de Dirichlet y Brillouin.

Tema 8. La simetría. Operaciones de simetría. Elementos de Simetría. Propiedades de los elementos de

Simetría. Representaciones de las operaciones de Simetría. Operaciones propias e impropias. Tema 9. Asociación de elementos de simetría: Noción de grupo matemático. Simetría puntual: Grupos

puntuales de simetría en dos y tres dimensiones. Símbolos de los grupos puntuales. Tema 10. Simetría Traslacional. Restricciones a la simetría puntual impuesta por la red. Redes de Bravais.

Redes primitivas y centradas. Simetría de las redes de Bravais en dos y tres dimensiones. Sistemas cristalinos. Ejes helicoidales y planos de deslizamiento.

Tema 11. Grupos espaciales bidimensionales: Grupos planos. Grupos espaciales tridimensionales.

Símbolos de los Grupos espaciales. Aplicaciones a una, dos y tres dimensiones. Posiciones equivalentes especiales y generales. Nomenclatura (Tablas internacionales de Cristalografía).

Métodos de determinación estructural.

Tema 12. Interacción Radiación – Materia. Determinación de la estructura estática (Métodos de difracción). Resolución de la estructura dinámica (Métodos espectroscópicos).

Técnicas de difracción. Tema 13. Los rayos X. Producción y espectro de los rayos X. Proceso físico de la difracción de los rayos X.

Condiciones generales de la difracción: Ecuaciones de Laüe y Ley de Bragg. Relación entre las condiciones de Laüe y la ley de Bragg. Condiciones geométricas de la difracción: Esfera de Ewald.

Tema 14. Intensidad de la Difracción. Dispersión de los rayos X por un electrón. Dispersión de los rayos-X

por un átomo. Factor de difusión atómico. Dispersión de la radiación por una distribución de átomos. Factor de estructura. Factores de corrección de la intensidad integrada.

Tema 15. Simetría del diagrama de difracción y su relación con la simetría puntual del cristal. Ley de

Friedel. Grupos de Laue. Extinciones sistemáticas debidas a las redes. Extinciones sistemáticas debidas a elementos de simetría traslacional. Determinación del grupo espacial de simetría. Símbolos de difracción. Fundamentos en los que se basa la determinación de estructuras cristalinas.

Tema 16. Técnicas de monocristal. El difractómetro de monocristales. Método de Laue. Método de cristal

giratorio. Método de cristal oscilante. Método de Weissemberg. Método de precesión de Buerger.

Tema 17. Técnicas de polvo cristalino. El difractómetro de polvo y las cámaras de Debye-Sherrer.

Métodos de medida de intensidades. Asignación de índices. Determinación de los valores de los parámetros cristalinos (Sistemas cúbico, tetragonal, rómbico y hexagonal). Determinación del número de moléculas por celda unidad. Densidad radiocristalográfica. Identificación de sustancias cristalinas. Archivo de datos ASTM. Análisis cuantitativo de fases cristalinas.

Tema 18. Otros métodos de difracción. Difracción de neutrones. Difracción de electrones. Radiación

sincrotón. Microscopía electrónica de transmisión (TEM) con alta resolución. Aplicaciones. Técnicas espectroscópicas Tema 19. Espectroscopía vibracional. Fundamento molecular de la espectroscopía. Fenómenos de

absorción y de dispersión de la radiación por la materia. Reglas de Selección: IR y Raman. Número y simetría de los modos normales de vibración (MNV). Predicción de los MNV mediante métodos teóricos “ab initio”.

Tema 20. Espectroscopía vibracional de absorción Infrarroja. Espectroscopía IR en sólidos cristalinos.

Disposición experimental IR. Equipos dispersivos y mediante transformada de Fourier. Preparación de las muestras. Tratamiento de la señal en espectros IR. Espectroscopía mediante A.T.R. Aplicaciones de la espectroscopía infrarroja.

Tema 21. Espectro de dispersión Raman. Historia del Efecto Raman. Fundamentos. Polarización en sólidos

cristalinos. Raman Resonante y fluorescencia. Disposición experimental Raman. Equipos microRaman y nanoRaman. Equipos portátiles y teleRaman. Tratamiento de la señal espectral Raman. Imagen y cartografía Raman. Aplicaciones de la espectroscopía Raman. Similitudes y diferencias entre las espectroscopias IR y Raman.

Tema 22. Espectroscopía óptica: Ultravioleta – Visible. Espectroscopia de ruptura dieléctrica asistida por

láser: LIBS. Determinación química elemental cualitativa y cuantitativa. Espectroscopía Mössbauer. Raman acoplado con técnicas de análisis instrumental: SEM, DRX, LIBS.

Síntesis y Crecimiento cristalino: Aplicaciones. Tema 23. Formación y crecimiento cristalino. Concepto de cristalización. Su importancia en la actividad

industrial. Aspectos termodinámicos de la cristalización. Regla de las fases de Gibbs. Diagrama de fases. Sistemas monocomponentes: ejemplos. Sistemas multicomponentes: sistemas binarios y ternarios: ejemplos. Sistemas sólido-líquido: Curvas de solubilidad y de sobresaturación. Mecanismos de la cristalización. Nucleación. Crecimiento cristalino.

Tema 24. Síntesis y preparación Gas-Sólido. Deposición en fase vapor y deposición química en fase vapor. Sputtering y ablación láser.

Tema 25. Síntesis y preparación Líquido-Sólido. Crecimiento de cristales a partir de fundidos. Quenching

liquido. Cristalización en solución. Método Sol-Gel. Intercalación y cambio iónico. Tema 26. Síntesis y preparación Sólido-Sólido. Reacciones en estado sólido. Preparación y síntesis a alta

presión y alta temperatura. Preparación de cerámicas y vidrio. Tema 27. Síntesis de materiales de dimensiones reducidas. Síntesis de Fullerenos y Quantum dots.

Síntesis de metales unidimensionales, distorsión Pierls, polímeros conjugados, nanohilos optoelectrónicos. Fabricación de células solares.

Comentarios al Programa. Hemos juzgado conveniente dar una explicación de por qué hemos elegido cada uno de los temas ya expuestos y no otros. Hacemos a continuación unos breves comentarios de cada bloque didáctico, matizando cuales son los conceptos básicos y fundamentales que el alumno debe captar. El primer día de clase es aprovechado para "toma de contacto", efectuando una presentación de la asignatura y de los profesores que la van a impartir. Se analizará la Guía Docente detallada, comentando el desarrollo que a lo largo del curso se piensa efectuar de ella. Se informará a los alumnos de las diversas actividades metodológicas a realizar para desarrollar el programa docente, en los diferentes tipos de clases. Se les dará una relación de Bibliografía básica, dónde y como se puede acceder a ella, Se informará de los aspectos prácticos relativos a las Tutorías y por último se comentará el sistema de evaluación de la asignatura. Estructura estática y dinámica de la materia. Este primer bloque didáctico está constituido por la presentación y estudio del concepto de motivo. Se comienza con una introducción a la asignatura que de ninguna manera será considerada como algo secundario y casi ajeno al programa. Se resaltará el papel que juega la asignatura en el contexto de Ciencia y Tecnología de Materiales, Física y Química del Estado Sólido, etc., y dada la situación en que se desarrolla la docencia, obliga a efectuar una presentación de la asignatura apoyada en ejemplos y hechos históricos, que destaquen su importancia. Conviene introducirse en el concepto de estado sólido desde el punto de vista macroscópico y microscópico, tal como tradicionalmente lo hace la Cristalografía, que se ocupa mayoritariamente del conocimiento estructural de la Materia Condensada en general, y de la cristalina en particular. Se sientan las bases según las cuales un determinado material cristalino puede ser descrito microscópicamente, a partir de una celda mínima que por repeticiones reproduce el cristal, junto con la propia ley de repetición. Por ello, se aborda la descripción microscópica de un cristal ideal, como la conjunción de una red y de un motivo. Introducidos estos conceptos de celda elemental y su contenido, es decir, el motivo estructural, se analizan los diferentes tipos de celda. Esta descripción se complementa con la representación vectorial. Para matizar los conceptos de materia condensada y materia cristalina, se introduce el concepto de orden espacial entre partículas constituyentes de la materia, haciendo hincapié en que los valores de una propiedad, de un material adecuado, deben estar correlacionados entre diversos puntos de la porción ordenada. Esto se ve muy bien con la densidad de masa, que además nos sirve para introducir el concepto de orden a largo y corto alcance, según que los valores de la propiedad se correlacionen entre puntos

infinitamente alejados o vecinos, respectivamente. Esta es una propiedad general del estado condensado de la materia, bien sea sólida o líquida y lógicamente existen una gran variedad de rangos de ordenamiento. Pero si la función que describe esa propiedad es periódica, estamos ante la materia cristalina, tal como se concibe clásicamente. Distinguir entre ordenamiento a corto y largo alcance y periodicidad tiene una importancia conceptual vital, puesto que desde el descubrimiento de la aleación Al-Mn en 1984, con simetría rotacional de orden cinco, se han sucedido de forma rapidísima un conjunto de ideas y conceptos que afectan a la base de la Cristalografía, y se deben enseñar. El ordenamiento implica que una función de autocorrelación no decrezca independientemente de que sea periódica. La periodicidad implica la existencia de una red generada por traslaciones. Si el ordenamiento coexiste con la periodicidad tenemos el concepto clásico de estado cristalino. En el caso de que la periodicidad falle, tenemos un estado cristalino no periódico y si la función de autocorrelación decae rápidamente estamos ante el estado amorfo. Apoyados en la posibilidad de coexistencia o no de orden y periodicidad introduciremos los diferentes tipos estructurales de materiales: sólidos cristalinos, cuasicristales y fractales, cristales líquidos, sólidos parcialmente cristalinos y sólidos amorfos. El siguiente tema está dedicado a indagar en el origen y las causas de formación de la materia cristalina, ofreciendo finalmente una visión estática y otra dinámica del cristal. Se parte del modelo simple de fuerzas atractivas y repulsivas en función de la distancia entre partículas dado que sus interacciones son las que marcan las diferencias fundamentales entre los diferentes estados de agregación. Este modelo de interacción entre partículas, aunque el alumno tiene un buen conocimiento de él, debe resaltarse la variación de las fuerzas repulsivas y atractivas en función de la distancia y definir la configuración de equilibrio con sus parámetros "r0" y "E0", de distancia de equilibrio y energía mínima del sistema. Estos dos parámetros son esenciales en la descripción de la materia condensada y por tanto del estado cristalino, por ello se debe recalcar que el mínimo de energía que hace estable el sistema, significa una energía de interacción negativa y cuanto más lo sea, tanto más difícil será separar esos átomos y la estructura será más rígida y fuerte. Pero este modelo no se agota aquí si no que, cuando la temperatura aumenta, la energía cinética de las partículas aumenta y los átomos no se sitúan en la posición definida por "r0" y "E0”, sino que están en niveles más altos. Dada la forma acusadamente asimétrica de la Energía en función de la distancia, a medida que subimos de niveles la posición de equilibrio se desplaza hacia valores crecientes, lo cual implica una expansión del cristal y además cada átomo oscila con mayor amplitud por el ensanchamiento de dicha función. Finalmente la distancia tiende a infinito y la energía a cero, destruyéndose el cristal y pasando sus átomos constituyentes al estado líquido o gaseoso. Se efectuará una brevísima descripción de los enlaces químicos más como recordatorio haciendo énfasis en su carácter o no direccional y se abordarán algunas ideas elementales sobre el tamaño de las partículas, los radios cristaloquímicos y las relaciones básicas entre radios cristalográficos y tipos de enlace. A partir de la aproximación simplista de la energía de cohesión se puede establecer el formalismo matemático de las propiedades derivadas de la repetición y pasar a un modelo aproximado más real, donde son observables sus propiedades, y además se introduce la imagen dinámica del cristal. Se explicará como algunos átomos poseen la energía térmica suficiente para salir de sus posiciones de equilibrio y ocupar otras en la red, introduciéndonos en el mundo de las imperfecciones y defectos del cristal real frente al modelo reticular ideal. La estructura de un cristal puede verse como la configuración espacial de mínima energía de interacción y del valor de la energía, parece lógico suponer que se obtendrá información de carácter estructural. La realidad es que sólo se obtiene una ligera información sobre el enlace químico presente entre los átomos que constituyen el cristal. El Tema 3 esta dedicado a los conceptos de empaquetamiento, coordinación y geometría de la coordinación, para finalmente hablar de las reglas de Pauling, que consideran los principios de máxima compacidad y el carácter iónico que presentan muchas estructuras, siendo de gran interés para muchos sólidos inorgánicos. Se abordan los empaquetados densos, los intersticios octaédricos y tetraédricos que tanta relevancia tienen en Ciencia y Tecnología de Materiales. Se explicarán las características de estos cristales. En el siguiente se plantea la división de los dos grandes grupos de estructuras según la naturaleza de las fuerzas del enlace químico: cristales moleculares y cristales no moleculares, comprendiendo a los cristales metálicos, iónicos y covalentes. Calcularemos la energía de los cristales iónicos, mediante el ciclo de Born-Haber y de forma teórica con la constante de Madelung, para finalizar con la teoría del campo cristalino

y una somera descripción de propiedades de los cristales en función del tipo de enlace químico que presenten. A partir de este punto se entra de lleno en la descripción sistemática de los principales tipos de estructuras de materiales: NaCl, ZnS (escalerita y wurzita), Na2O, NiAs, CsCl, TiO2, CdI2, CdCl2 y Cs2O, espinelas y ferritas. Por último, se pone un especial énfasis en las estructuras características de los silicatos, dada su importancia en el reino mineral. Para finalizar el bloque dedicado al motivo y por coherencia didáctica introducimos la descripción de la estructura dinámica de los materiales. Para justificar determinados hechos, se ha supuesto que las partículas se mueven respecto a una posición de equilibrio con una amplitud que depende de la temperatura, a partir de esta idea conceptual se introduce el concepto de vibraciones atómico – moleculares, y se obtiene la consideración de la materia como un conjunto de osciladores entorno a la posición de equilibrio. Se asentarán los conceptos de número quántico vibracional a partir de la consideración de modelo del oscilador armónico. Una vez descritas las vibraciones moleculares y partiendo de las posiciones de equilibrio se introduce el concepto de coordenadas de posición y ponderadas. Se resuelven las ecuaciones de movimiento surgidas de la energía cinética y potencial del sistema en términos de las coordenadas ponderadas y se deducen las vibraciones fundamentales o Modos Normales de Vibración (MNV) y sus frecuencias fundamentales. A continuación se desarrollan los conceptos de coordenadas internas y de simetría de movimiento para mediante ejemplos prácticos de cristales estimar sus vibraciones principales. Bases cristalográficas. Es obvio que parte del objeto de esta asignatura, los materiales, son todos aquellos sólidos en estado de equilibrio termodinámico, con formas poliédricas externas o no, constituidos por una estructura atómica con disposición espacial ordenada y tríplemente periódica, los cristales. Así justificamos un modelo ideal de cristal sobre el que se basará todo el formalismo derivado de la periodicidad, es decir las propiedades de simetría, que serán tratadas en este bloque. Previamente sentadas las bases según las cuales un determinado material cristalino puede ser descrito microscópicamente, a partir de una celda mínima que por repeticiones reproduce el cristal, junto con la propia ley de repetición: red+motivo, el bloque se dedica fundamentalmente al análisis de la simetría cristalina es decir el formalismo de la red. Establecido el concepto fundamental y característico de los cristales ideales –la red cristalina- se analizan las propiedades de homogeneidad y anisotropía de la materia cristalina en Relación con la red, distinguiendo las descripciones "continuas" y "discontinuas" de dicha materia. Se analizarán las redes mono-, bi- y tridimensionales surgidas como consecuencia de aplicar a un motivo una traslación en una, dos o tres direcciones del espacio para hacerlo repetitivo. Posteriormente se abordan las propiedades de la red, describiendo los elementos geométricos, (nudos, filas y planos reticulares) su notación, coeficiente de Weiss y de Miller. Se introducen los conceptos de zona cristalográfica y eje de zona. Se da el concepto de espaciado reticular, viendo que una familia de planos está definida por su espaciado y su símbolo, estudiando también la densidad reticular. Así, tenemos las bases del formalismo reticular de los cristales ideales, si bien, hemos perdido contacto con su realidad, pues se ha ignorado el papel que juegan los electrones, los defectos de homogeneidad, el movimiento de los átomos, las diadoquías, etc. No obstante, esta aproximación nos permite considerar al sólido cristalino como una superposición de una red de nudos y un motivo estructural y estudiando las propiedades asociadas al motivo sabemos que se pueden generalizar al cristal puesto que son comunes. Finalmente, a partir de las nociones de plano y espaciado reticular se introduce el concepto de red recíproca. Se analizan las propiedades más relevantes que ponen en contacto la red recíproca con la red directa y se definen los paralelogramos de ambas redes. La introducción de este tema en este bloque está plenamente justificada, porque los conceptos en él desarrollados pertenecen por completo al formalismo de la teoría reticular. El estudio de propiedades de simetría se debe comenzar desde sistemas periódicos mono- y bidimensionales para pasar por simple extensión natural a sistemas tridimensionales, con ello no se pierde rigor científico y se gana en claridad al poseer un carácter muy didáctico. En este bloque debemos destacar también que el análisis de la simetría cristalina se realiza de modo descriptivo que, a juicio del concursante es de mayor visualización conceptual que utilizando exclusivamente la aproximación matemática, aunque se de información al alumno acerca de la teoría formal de la simetría y se aplicara el formalismo matemático a los operadores de simetría y posiciones equivalentes. Se introducen los conceptos de operación, elemento y operador de simetría. Se describirán cada uno de los elementos de simetría, utilizando la multitud de ejemplos que las moléculas de compuestos orgánicos e inorgánicos nos ofrecen, y se irán estudiando sus

propiedades para pasar finalmente a la representación de las operaciones de simetría y su división en propias e impropias. El Tema 9 se dedica a la descripción de las posibles asociaciones de elementos de simetría y, al tiempo que se van corroborando propiedades, se introduce el concepto de Grupo Puntual de Simetría. Esta forma de abordar los Grupos puntuales a partir del análisis de la simetría molecular es muy didáctica en este nivel educativo. Seguidamente, se describirán los grupos puntuales de simetría bi- y tridimensionales, analizando algún caso concreto para fijar bien los conceptos. También se hablará de las notaciones y símbolos utilizados en su representación, significando sobre todas las de Hermann-Mauguin o internacional y por su uso entre espectroscopistas la de Schöenflies, que es más antigua. El Tema 10 se inicia con el estudio de las propiedades de simetría traslacional y las de simetría puntual, señalando que su asociación presenta estructura de grupo matemático, a pesar de que no se dan algunas de las propiedades fundamentales de los grupos abstractos. A continuación, el interés se centra en las Redes de Bravais, sus propiedades de simetría así como las de los 32 grupos puntuales de simetría para poder describir los sistemas cristalinos. Por último, en este mismo tema se explican las bases por las que entraremos a definir los grupos espaciales, esto es, los elementos de simetría general: ejes helicoidales y planos de deslizamiento. El ultimo tema del bloque se consagra al estudio de los Grupos espaciales, comenzando por los bidimensionales para pasar seguidamente a los tridimensionales. Se explica su nomenclatura sobre la base de algunos ejemplos y se analiza la génesis de los grupos espaciales en una, dos y tres dimensiones, sin caer en una descripción exhaustiva sino analizando con atención algunos ejemplos concretos. Para finalizar, se describe la nomenclatura de las Tablas Internacionales de Cristalografía. Métodos de determinación estructural. Este bloque didáctico esta representado por un solo tema, en el cual a partir del estudio de la interacción de la radiación con la materia catalogamos las técnicas instrumentales de determinación estructural en técnicas de difracción o espectroscópicas. Es decir técnicas que atienden a la estructura estática promedio y técnicas de caracterización de la estructura dinámica vibracional. Esta separación viene condicionada de una parte por la energía de la radiación incidente, su longitud de onda y por otro por el tipo de partículas materiales involucradas, en la interacción. Técnicas de difracción. Este bloque se desglosa desde los Temas 13 al 18, estando dedicados a la explicación de los diversos métodos experimentales que permiten verificar las propiedades estructurales estáticas de los sólidos cristalinos que se han expuesto con anterioridad, El Tema 13 se dedica a la descripción de la radiación susceptible de analizar la materia cristalina. Así veremos, en el caso más general, la posibilidad de utilizar cualquier partícula cuya longitud de onda asociada sea apropiada para producir difracción. El grueso del bloque didáctico se dedica al estudio de métodos de difracción con rayos-X como fuente excitatriz. Esto es razonable histórica y didácticamente, porque sigue siendo uno de los métodos mayoritariamente utilizado en la caracterización de materiales. Se describen, muy brevemente, los rayos-X, su producción y espectro característico, pasando a analizar seguidamente el proceso físico de la difracción de la materia por rayos X. Utilizaremos para ello modelos de tipo clásico y haremos uso del concepto, ya descrito, de "red recíproca". La principal atención la centramos en las condiciones geométricas de la difracción, con dedicación especial a las ecuaciones de Laue y ley de Bragg, poniendo de manifiesto que en el fondo son modos de ver un mismo hecho fenomenológico: la interacción elástica de la radiación con la materia. Por último se efectuarán las descripciones geométricas de las interferencias de ondas emitidas por átomos en el caso uni- y bidimensional y, al igual que en el estudio de las propiedades de simetría, el formalismo se extiende de modo natural al campo tridimensional. Se hablará de la construcción de Ewald que junto con los conceptos de red recíproca, son un útil importante para la interpretación de los métodos de difracción de rayos X. Si el Tema 13 está dedicado a las direcciones de los rayos difractados, en el Tema 14 se estudiarán sus intensidades. Las técnicas de difracción de rayos X están encaminados a un objetivo final: obtención de la estructura de un cristal. Para ello se debe conocer la distribución de los átomos de un cristal en su celdilla unidad y la ley de repetición de esa celda generatriz del cristal. Para ello es imprescindible tratar las dependencias que sufren las intensidades de difracción en función de la naturaleza de los átomos y de sus posiciones. El tema comienza por considerar la intensidad de difracción en el contexto ya citado, para pasar a examinar los fenómenos de interferencia entre los rayos-X dispersados por los electrones en los átomos iguales ó diferentes, situando los conceptos de factor de difusión atómico y factor de estructura. Se cierra el estudio de intensidades considerando algunos de los factores de corrección. Las intensidades experimentales

de las reflexiones de difracción de un cristal, deben ser corregidas para que se correspondan con valores proporcionales a los cuadrados de los módulos de los factores de estructura. Ello es debido a las modificaciones que se operan en la intensidad, provocadas por diversos fenómenos físicos y/o geométricos. Los factores de corrección que hemos considerado y que se describirán muy brevemente son los Lorenzt-polarización (función de la geometría y de la propia polarización), absorción (es una de las principales causas de error) multiplicidad, temperatura y escala. En el Tema 15 se desarrollarán las características que presenta la simetría de los cristales y que se manifiesta, de alguna manera, en los diagramas de difracción. Estos son centro-simétricos y ello se conoce como ley de Friedel, lo cual limita el conocimiento del grupo puntual del cristal a los grupos de Laue (que presentan centro de simetría). Posteriormente se observan las extinciones sistemáticas de las reflexiones debidas a la red, ejes helicoidales y planos de deslizamiento, para terminar con un ejemplo demostrativo de la determinación de un grupo espacial de simetría a partir de las reflexiones experimentales de un cristal, los símbolos de difracción y los fundamentos en los que se basará la determinación de estructuras cristalinas. Los Temas 16 y 17 están dedicados a los métodos de difracción de rayos X, el primero para monocristales y el segundo para polvo cristalino. Debemos destacar que el nivel que debe darse a los métodos de difracción de rayos-X en 2º curso del Grado en Física, debe ser básico y descriptivo, dado que se trata de una asignatura de 6 ECTS, y no es aconsejable desde el punto de vista didáctico desarrollar estos temas con profundidad, teniendo asignaturas de Física del Estado Sólido en curso más avanzados. No obstante, el Tema 16, correspondiente a los métodos de polvo, se tratará con más detalle como técnica estructural que tiene gran relevancia en el análisis de materiales sobre todo si estos son minerales. El nivel seleccionado es de descripción metodológica experimental, asignación de índices y determinación de los parámetros de celdilla y densidad radiocristalográfica. La formación se completa con la identificación de sustancias cristalinas a partir de las fichas ASTM. Todo este bloque, ira acompañado por sesiones de clases de problemas en aula donde se fijen las ideas desarrolladas en las clases de teoría y el alumno adquiera, al resolver determinados supuestos, la pericia suficiente para poder avanzar a partir de estos niveles básicos en el conocimiento de los métodos cristalográficos de rayos-X. Estas habilidades contaran con la asistencia de programas informáticos desarrollados en el seno del Área de Conocimiento Técnicas espectroscópicas. Este bloque se inicia con un tema que es continuación del Tema 12 donde se trataba los tipos de interacción Radiación–Materia. El tema se iniciará con unas ligeras ideas generales de espectroscopía, recalcando los fundamentos de las técnicas elegidas en el programa, clasificándolas por el tipo de longitud de onda utilizada y por el nivel en el que ocurre la transición o excitación. Distinguiremos los fenómenos de absorción de los de dispersión radiación por la materia y sus reglas de selección. A ambos fenómenos están dedicados los dos temas siguientes: fenómenos de absorción IR y de dispersión Raman. La estructura de los Temas 20 y 21 es similar. Se inician con los aspectos fenomenológicos de las espectroscopias infrarroja y Raman, se continua con la descripción de la parte instrumental y sus variantes posibles para finalizar con la exposición de múltiples ejemplos de análisis y caracterización estructural de materiales diversos. El tema final del bloque recoge otras técnicas espectroscópicas como la espectroscopía óptica: UV–Vis, o la espectroscopia de ruptura dieléctrica asistida por láser, LIBS (Láser Induced Breakdown Spectroscopy). Esta técnica espectroscópica cada día va siendo más utilizadas en la caracterización de materiales en general y de minerales en particular, posibilitando el análisis químico elemental cuali y cuantitativo a escalas macro, micro y nanométricas, con posibilidades de cartografía superficial y análisis remoto. Muy útil para el análisis de materiales en medios hostiles y/o extremófilos. Se abordará la espectroscopía Mössbuer, por incidir en la determinación de estados de oxidación de los elementos componentes. Finalmente trataremos de las últimas tendencias de utilizar técnicas instrumentales de caracterización química-estructural combinadas, como Raman acoplado con técnicas de análisis instrumental tipo SEM, DRX y LIBS. A ser posible, para una mejor comprensión del bloque debe elegirse, y es una opinión que el concursante pretende llevar acabo, un compuesto conocido sobre el cual se van efectuando sucesivas experiencias las cuales irán caracterizando parcelas de esa "caja negra" que es todo material, al tiempo que nos indican las lagunas no resueltas y con que tipo de técnica instrumental podrían dejar de existir. Así se llegará a completar lo más posible los datos sobre dinámica vibracional, estructura, composición, estado de oxidación, etc., siempre relacionando los datos microscópicos con las propiedades macroscópicas del

material, e interpretando estas en función de aquellas. El objetivo es dotar al egresado en física de la habilidades suficientes para llegar a conocer de un material: que tiene, cuanto tiene, como y donde tiene sus elementos químicos componentes, es decir su estructura estática y dinámica y su composición química elemental cuali y cuantitativa. Este bloque del temario dado su carácter eminentemente práctico debe ir acompañado de Trabajos de laboratorio o prácticas donde el alumno manipule y pueda observar como se afrontan una serie de experiencias que previamente se han descrito en clase de teoría, así como el fundamento de la propia técnica. Es evidente que la coordinación entre profesores es imprescindible para este tipo de labor. Síntesis y crecimiento cristalino: aplicaciones. En el Tema 25 abordamos el problema de la formación y crecimiento de cristales, que consideramos como uno de los aspectos más interesantes y prácticos de un asignatura como la que nos ocupa. Se inicia el tema con el concepto de cristalización y se desarrollan ejemplos de su importancia en la actividad industrial relacionada con Ciencia y Tecnología de los Materiales, donde el Físico de hoy no solo caracteriza desde el punto de vista estructural y determina propiedades, sino que colabora en las estrategias de diseño y síntesis del material. Seguidamente se considerarán algunos aspectos termodinámicos de la cristalización, la regla de las fases de Gibbs. Se abordaran los más característicos diagrama de fases de materiales de materiales propios a sistemas monocomponentes y multicomponentes binarios y ternarios, ilustrándolos con ejemplos actuales relacionados con materiales de interés tecnológico y avanzados. Se considera el sistema sólido/líquido de síntesis de materiales por lo didáctico e ilustrativo de los procesos de síntesis. El tema continua con la fijación del concepto de curvas de solubilidad y sobresaturación, planteándose seguidamente los mecanismos de la cristalización y el proceso previo al crecimiento: la nucleación. Para abordar, finalmente el crecimiento cristalino. Los Temas 24, 25 y 26 están dedicados a la síntesis de materiales atendiendo al tipo de reacción involucrada en el proceso: Gas, Líquido o Sólido – Sólido. Estos temas estarán ilustrados con ejemplos característicos, emblemáticos y novedosos de obtención de materiales avanzados. Finalmente el Tema 27 esta dedicado a los materiales nanoestructurados, con un sesgo especial a los utilizados como materiales avanzados en optoelectrónica. Metodología Docente. El desarrollo del curso pretende estar impregnado por una dinámica muy activa y participativa y menos magistral. Se trata de atender el aprendizaje considerándole una dimensión muy importante dentro de la enseñanza universitaria, tradicionalmente más preocupada por transmitir conocimientos que por forjar actitudes y desarrollar capacidades. Clases de teoría y de problemas en aula. Por lo anteriormente expuesto, la clases magistrales o de teoría presenciales en aula se basarán en clases expositivas (lecciones magistrales o lectures) para la exposición y desarrollo de los fundamentos teóricos, y clases practicas de problemas en aula, más participativas, en las que se resolverán ejercicios y problemas. En todos los casos que así lo requieran se utilizarán aquellas TICs que favorezcan la comprensión y participación de los alumnos. Los alumnos dispondrán en la pagina web de la Universidad: http://www.uva.es/ y en la de la asignatura: http://www.uva.es/consultas/guia_grado.php?idmenu=5&codigo_plan=469&ano_academico=1112&codigo_asignatura=45756&grupo=1 de toda la información básica requerida: créditos ECTS, competencias que contribuye a desarrollar, objetivos y resultados de aprendizaje, contenidos, principios metodológicos y métodos docentes, criterios y sistemas de evaluación, recursos de aprendizaje y apoyo tutorial, calendario y horario, tabla de dedicación del estudiante a la asignatura, plan de trabajo, responsables de la docencia e idioma en que se imparte. A ello se añadirán colecciones de textos, presentaciones, problemas propuestos y problemas tipo resueltos, tipos de exámenes, ejercicios a desarrollar, enlaces de interés, y cuantas aportaciones de carácter didáctico permitan al alumno obtener las competencias y habilidades propuestas.

Para las clases de problemas en aula se han diseñado tres unidades didácticas correspondientes a tres de los bloques temáticos descritos en el programa de clases teóricas de aula. Evidentemente, tienen un carácter práctico y los principales hitos a considerar en cada unidad se detallan a continuación. Propiedades de Simetría

• Determinación de los elementos geométricos de la red. • Determinación de parámetros reticulares, celda de Bravais y motivo estructural. • Estimación de los elementos de simetría de la red. • Grupos puntuales y espaciales.

Microscopía óptica

• Cristalografía óptica: aplicaciones a la caracterización de Materiales. • Luz visible y luz polarizada. Medios isótropos y anisótropos. • Indicatriz óptica: tipos y relación de con la simetría cristalina. • La luz en medios anisótropos: concepto de birrefringencia. • Interferencia y retardo de ondas de luz polarizada paralela. • Colores de interferencia. Extinción y ángulo de extinción. Signo de elongación. Pleocroismo. • Efectos de interferencia con luz convergente. Figuras de interferencia en cristales uniáxicos y

biáxicos. • Determinación del signo óptico y estimación del ángulo 2V. Orientación de cristales.

Difracción de rayos-X • Calculo de las condiciones de Difracción. • Condiciones de difracción para el método de Laüe. • Condiciones de Difracción para el método del polvo cristalino. • Intensidad de los rayos difractados. • Interpretación de difractogramas de Debye-Scherrer. • Determinación de los parámetros reticulares. Determinación de la Red Reciproca.

Para estas unidades didácticas se cuenta con programas de ordenador diseñados por miembros del propio área de conocimiento y a su vez se potenciara el uso de las facilidades disponibles en Internet, dentro del aula1. Se resolverán supuestos prácticos y se propondrán otros para ser resueltos por el alumno dentro de sus actividades de trabajo personal. Es muy relevante que los alumnos sean asistidos por el profesor en las tutorías personales o en grupo. Las clases presenciales de problemas en aula suponen una carga total de 0.4 ECTS en la ficha del programa Verifica del Grado en Física. Consecuentemente, la temporización de esta actividad (10 horas presenciales en el aula) se ha repartido entre las tres unidades didácticas considerando las competencias que están prefijadas para esta actividad (ver apartado IV.6.2).La temporización es la siguiente:

• Propiedades de Simetría (0,12 ECTS / 3 horas) • Microscopía óptica (0,08 ECTS / 2 horas.) • Difracción de rayos-X (0.2 ECTS / 5 horas).

En estas clases y en un futuro inmediato, jugaran un papel relevante la utilización de herramientas de apoyo a la docencia con el campus virtual Moodle insertando esta parte de la asignatura en la plataforma virtual de la Universidad de Valladolid. Trabajos de laboratorio. Uno de los aspectos positivos que introduce el nuevo grado es la presencialidad en laboratorios. Los alumnos realizarán al menos dos trabajos prácticos de los tres que proponemos a continuación.

o Síntesis y caracterización de cristales obtenidos en solución acuosa. Sobre los cristales obtenidos se efectuarán las siguientes actuaciones. o Obtención de curvas de solubilidad y sobresaturación.

1 F. Rull, A.C. Prieto, J. Medina. “La Estructura de la Materia en el contexto de las Facultades de Ciencias Físicas y Químicas: el caso de la Universidad de Valladolid”. I Reunión sobre innovación docente en Cristalografía, Mineralogía y Petrología. Granada, 2005.

o Determinación de propiedades mediante Microscopía Óptica. o Obtención e Indexación del Difractograma de polvo. o Obtención y análisis del Espectro de absorción IR y de difusión Raman.

o Síntesis de aleaciones ternarias mediante ablación láser. El material obtenido se

caracterizará mediante: o El análisis de la morfología superficial de la zona de procesado, mediante Microscopía

Electrónica de Barrido. o Cartografía dinámica estructural Raman.

o Análisis e identificación de materiales “in situ” mediante análisis combinado LIBS +

Raman, obteniendo: o La determinación química elemental. o El análisis dinámico vibracional de materiales

El material de laboratorio y equipamiento instrumental del Área de Cristalografía y Mineralogía y del Departamento cubren todas las necesidades de infraestructura necesarias para realizar los tres tipos de prácticas. Se dispone de:

• Baños termostáticos para determinación de curvas de solubilidad y sobresaturación. • Estufas de crecimiento cristalino en solución acuosa. • Microscopios estereoscopicos y petrográficos, con iluminación visible y ultravioleta. • Difractómetro de polvo. • Espectrómetros FTIR-ATR. • Espectrómetros Raman y Raman microscópico. • Láseres de ablación. • Microscopio electrónico de barrido equipado con Cátodoluminiscencia, SEM-CL. • Equipo de espectroscopia óptica de emisión de plasma asistida por láser, LIBS.

Parte de las experiencias se desarrollan con equipos instrumentales sofisticados pertenecientes a los grupos de investigación del Departamento. Así, destacamos la utilización de difractómetro de campo de rayos-X portátil, TERRA. Es un sistema XRD portátil, de alto rendimiento, que funciona con batería e integra las funciones XRD portátiles en un compartimento de haz cerrado, que permite la identificación completa de componentes importantes, menores y de trazas mediante un rápido escaneo XRF de elementos de Ca a U. Su técnica única de preparación mínima de muestras y su compartimiento de muestreo permiten realizar análisis rápidos sobre el terreno. El Terra fue elegido para volar en el Mars Science Laboratory Rover programado para su lanzamiento en 2018. Normalmente, los experimentos de difracción de RX requieren un molido fino de la muestra que se prensa en una pastilla. Este requisito es necesario por la necesidad de garantizar la orientación suficiente al azar de los cristales de la muestra. El equipo Terra presenta una nueva forma patentada de abordar esta cuestión: presenta una cámara integrada de vibración de la muestra con lo que es capaz de presentar todas las diferentes orientaciones de la estructura cristalina en la óptica del instrumento. De esta forma prácticamente no existen efectos de orientaciones preferenciales ni efectos de fluorescencia. Se utilizarán también equipos portátiles como el espectrómetro Raman “i-Raman” de B&W Tech que emplea un detector CCD y un espectrómetro de óptica axial doblada, la cual mejora considerablemente la calidad de la imagen. La longitud de onda utilizada es de 785 nm, con una resolución espectral ≈5 cm-1, en un rango espectral de 175-3100 cm-1, También se dispondrá del equipo de ablación láser LIBS de la Unidad Asociada al Centro de Astrobiología CSIC-UVa. Los alumnos tendrán que entregar los correspondientes informes relativos a los trabajos prácticos realizados, y llevar un cuaderno de seguimiento de actividades y toma de notas relativas a la actividad realizada en el día a día del laboratorio. Dado que será difícil encontrar tiempo suficiente para organizar al final de las prácticas sesiones donde cada alumno o grupo de alumnos presentará los resultados de sus trabajos de laboratorio en presencia de todos los alumnos, se coordinara esta actividad de modo que pueda realizarse esta parte dentro de las tutorías de grupo. Este ejercicio permitirá a los alumnos practicar en la realización de presentaciones orales y manejar estructuras y recurso de las TICs. Para finalizar se han programado tres visitas guiadas a diferentes laboratorios de investigación relacionados con la síntesis y/o caracterización de materiales, que al ser parte estructural del Área, del

Departamento o de la Universidad presentan una relativa facilidad de acceso y pueden ser planificadas las visitas en correlación al avance del temario de clases de teoria y de problemas.

Visita guiada a laboratorios: o Unidad de Microscopía avanzada del Parque Científico Universidad de Valladolid. o Laboratorio del Grupo Investigación de Excelencia GR202 “GdS-Optronlab”. o Laboratorio de la Unidad Asociada al Centro de Astrobiología, de la UVa.

Una vez realizada la visita se requerirá del alumno un pequeño informe crítico que contemple los aspectos más positivos y relevantes del laboratorio así como, los aspectos que considere susceptibles de mejora o desarrollo. A los trabajos de laboratorio les corresponde una carga total de 0.4 ECTS en la ficha del programa Verifica del Grado en Física. El reparto y distribución temporal de esta actividad (10 horas presenciales en el laboratorio) se efectúa entre las cuatro actividades considerando las competencias que están prefijadas para esta actividad (ver apartado IV.6.3):

• Síntesis y caracterización de cristales obtenidos en solución acuosa o Síntesis de aleaciones ternarias mediante ablación láser. (0,2 ECTS – 5 horas).

• Análisis e identificación de materiales “in situ” mediante análisis combinado LIBS + Raman. (0,08 ECTS / 2 horas.)

• Visita guiada a laboratorios (0.12 ECTS / 3 horas). Eventualmente se podrán ampliar las visitas guiadas a empresas emblemáticas regionales o nacionales ligadas al campo de Ciencia y Tecnología de Materiales. Tutorías personales, tutorías en grupo, seminarios, presentación de trabajos y plataformas

virtuales. La ficha VERIFICA de la asignatura indica para estas actividades presenciales (tutorías personales y en grupo, seminarios y presentación de trabajos) 0.32 ECTS, lo que supone 8 horas de actividad con carácter presencial. Dentro del EEES las tutorías presénciales juegan un papel importante de cara a, por un lado ayudar al estudiante a resolver las dudas que pueda tener, y por otro a motivarle a realizar un seguimiento de la asignatura diario. Es importante señalar que pueden constituirse en un instrumento que sirva como elemento motivador. Así pues, en las tutorías personales se mantendrán y servirán para atender de forma personalizada las cuestiones o dudas particulares de cada uno de los alumnos, relativas a la asignatura. Los horarios están prefijados al comienzo del curso y además el alumno dispone de línea directa mediante correo electrónico con el profesor para concertar cuantas entrevistas precise. En la pagina web de la Universidad http://www.uva.es/, con entradas a través de diversos campos, existe el desglose de las horas, días y lugares en que cada profesor del departamento atiende las tutorías personales. Respecto a las tutorías en grupo, dado el bajo número de estudiantes presumibles en esta asignatura optativa al menos en los próximos años, se podrán realizar con el grupo completo, utilizándose para:

• Resolver las dudas que puedan surgir en el seguimiento de la asignatura. • Resolver parte de los ejercicios propuestos en las clases de problemas de aula. • Cada bloque didáctico de la asignatura conllevará la entregará a los alumnos de un breve

cuestionario (para resolver en 30 minutos) que servirá para que se autoevalúen y sepan el nivel de conocimientos adquiridos.

Estos cuestionarios se recogerán y servirán como medida del seguimiento y evaluación continuada de la asignatura por cada estudiante. Estas tres actividades tienen como objetivo ayudar al estudiante a realizar un mejor seguimiento de autocontrol de la asignatura. Además se impartirán al menos dos seminarios por curso, uno por parte de un experto en síntesis de materiales, a ser posible que trabaje en la parte tecnológica o industrial de Ciencia de Materiales, y otro por parte de un investigador en el campo de los Materiales. Estos seminarios junto con las visitas previstas a los laboratorios de investigación, tendrán como función prioritaria la motivación del alumno para ese campo científico y tecnológico.

Finalmente, los estudiantes presentarán, sus trabajos oralmente al resto de la clase, lo que permitirá por un lado practicar en este tipo de ejercicio y utilizar recursos de las TIC y por otro conocer algo más las diversas áreas de investigación en materiales que se desarrollan en el área de Conocimiento y en el Departamento de Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía. Existen herramientas como por ejemplo la plataforma Moodle que puede ser de ayuda para la realización de algunas de las actividades previstas en este proyecto docente, y que por tanto son susceptibles de ser un elemento de apoyo en la labor docente. Así por ejemplo, las auto-evaluaciones, las tutorías personales, el intercambio de información con los estudiantes, la revisión de las prácticas, etc., podrían realizarse a través de esta plataforma. Por tanto, y dado que el sistema parece ser prometedor, se plantea como una actividad más de este proyecto docente ponerlo a prueba en los próximos cursos. Posteriormente, esta herramienta docente será evaluada a partir de los resultados finales de los estudiantes y a través de encuestas a los mismos de cara a disponer de información objetiva sobre las ventajas aportadas por esta plataforma. Es intención del concursante realizar, en la convocatoria del presente curso académico, un curso taller de apoyo a la docencia con el campus virtual Moodle de la UVa, desarrollado por el “Centro Buendía”2 del Área de Extensión y Cultura de la Universidad de Valladolid. Evaluación La ficha del programa Verifica de la asignatura (Figura 14) especifica que la evaluación será “Combinación ponderada de evaluación continua, valoración del cuaderno de laboratorio, informes de las practicas y prueba final de examen”. Al final de la asignatura se realizará un examen escrito, que consistiría en un conjunto de preguntas teóricas sobre los temas expuestos en las clases de teoría, y un conjunto de cuestiones y/o ejercicios relacionados en gran medida con los temas desarrollados en las clases de problemas de aula. Se evaluaría este examen sobre un total de 10 puntos, asignándose el cincuenta por ciento de la nota a la parte teórica y el otro cincuenta a la parte de ejercicios. Dentro de la filosofía de realizar una evaluación continua el peso de este examen en la evaluación global del estudiante será del 50% del total. Los otros criterios de evaluación como son los ejercicios de auto evaluación, que van a ser una medida del trabajo diario del estudiante y su participación en las actividades contempladas en las tutorías en grupo, llevarán un peso relativo del 10 y 5% de la evaluación, respectivamente. Dada la relevancia que en esta asignatura tiene la componente experimental, el peso en la evaluación de las prácticas o trabajos de laboratorio alcanza el 35% restante de la evaluación. Evaluación de la docencia. Mejora continua. Es indispensable combinar la puesta en marcha de nuevas metodologías docentes con una evaluación constante de las mismas. Se trata finalmente de adecuar las metodologías existentes a la asignatura a impartir de forma que haya una interacción positiva entre ambas. Por tanto, dentro de las actividades propuestas en este proyecto docente se considera la evaluación constante de las metodologías adoptadas. Para ello la herramienta fundamental serán los resultados académicos de los estudiantes y su evolución temporal. Otra herramienta que siendo subjetiva podría tener su utilidad será la realización de encuestas de satisfacción a los propios estudiantes que nos podrán dar una idea de que es aquello que les ha resultado útil en su aprendizaje. Por último las propias percepciones del profesor en cuanto al funcionamiento de uno u otro procedimiento y las experiencias llevadas a cabo en otras asignaturas y centros serán también fundamentales en la toma de decisiones respecto a que herramientas son las más adecuadas, para asegurar la mayor calidad docente posible. Temporización. Todo programa de contenidos debe tener un cronograma de temporización asignado. Los contenidos desarrollados deben ser ubicados dentro de las estructuras curriculares de las enseñanzas del Departamento de Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía. La estructura curricular guía seleccionada

2 http://www.buendia.uva.es/

se corresponde a las enseñanzas a impartir en la Facultad de Ciencias en el Grado en Física en la asignatura “Síntesis y caracterización estructural de los materiales”. Por tanto, si nos acogemos a la ficha del programa Verifica de la ANECA, correspondiente a esta asignatura del Grado en Física (ver Figura 14), observamos que le corresponden un total de 2.8 ECTS repartidos en las diversas actividades formativas de carácter presencial. Las clases de teoría en aula tienen 1.6 ECTS, lo que en horas de carga presencial se traduce en 40 horas totales. También se puede observar, en la Tabal I, la estimación de tiempos de dedicación presencial del alumno a los Problemas de Aula y Trabajos de Laboratorio, planificados en esta programación. De modo similar a las clases de problemas en aula, los trabajos de laboratorio, tutorías, seminarios, presentación de trabajos y sesiones de evaluación les corresponden 0.40, 0.40, 0.32, y 0.08 ECTS, respectivamente. En la Tabla I se pormenorizada la temporización a cada uno de los bloques didácticos entorno a los que se articula el programa docente de la asignatura.

Tabla I. Temporización de las actividades formativas en “Síntesis y caracterización estructural de los materiales” del Grado en Física de la Universidad de Valladolid.

Bloque Temático Horas presenciales ECTS Horas totales Estructura estática y dinámica de la materia 4-5

1,6 40 Bases Cristalográficas 6-7 Métodos de determinación estructural 10 Técnicas espectroscópicas 10 Síntesis y Crecimiento cristalino: Aplicaciones. 10-8 Problemas de Aula: Propiedades de simetría 2

0,4 10 Problemas de Aula: Microscopia óptica 3 Problemas de Aula: Difracción de rayos-X 5 Trabajos en laboratorio (1-2) 5

0,4 10 Trabajos en laboratorio (3) 2 Visita guiada a laboratorios 3 Total 60 2,4 60 La Tabla I recoge el cronograma completo del encargo docente correspondiente a “Síntesis y caracterización estructural de los materiales”, excluyendo aquellas actividades que están diseminadas a lo largo del desarrollo del curso, como tutorías, seminarios, presentación de trabajos y sesiones de evaluación. El resto de actividades se han temporizado por bloques didácticos y son estimaciones ponderadas, basadas en la experiencia docente de los miembros de Área de Conocimiento. Se han adecuado de modo que el alumno alcance una serie de logros:

• Consolidar y complementar los conocimientos teóricos con ejemplos claros y concretos. • Adquirir destreza en el manejo de técnicas instrumentales y de material de laboratorio. • Comprender la esencia de la síntesis y caracterización estructural de los materiales, como parte

de la Ciencia y Tecnología de Materiales. Esta temporización no pretende ser rigurosa ni cerrada, es más la intención del concursante es, simplemente dar unas orientaciones básicas de estimación temporal, procurando en lo posible adecuar la estructuración curricular con la de nuestra propuesta docente. Guía Docente. Las guías docentes deben contener la información mínima que se debe ofrecer al estudiante con anterioridad al periodo de matricula en una asignatura. Están reguladas por las agencias de la calidad y tienen formatos específicos para cada universidad. La Guía Docente ha de estar conforme con los compromisos que figuran en las correspondientes memorias de verificación en relación con las competencias, resultados de aprendizaje, evaluación, etc. La Universidad de Valladolid dispone de una plantilla informática, accesible en la web, que esta abierta al profesorado, para introducción de información en los diversos campos, hasta el inicio del curso. A partir de la apertura del curso académico la aplicación se bloquea, no pudiendo modificar la información en ella contenida. Solo serán accesibles dos campos, uno para la introducción de nuevos elementos docentes o enlaces para incorporar archivos a lo largo del curso académico y otro campo que establecerá una conexión dinámica entre la bibliografía de la asignatura y los servicios de la Biblioteca Central de la UVa.

En la Universidad de Valladolid y para cada asignatura de Grado o Master es obligatorio confeccionar dos guías: una simple que prácticamente solo refleja los contenidos en la ficha de Verificación de la ANECA y otra mucho más completa que contiene un desglose pormenorizado de las competencias, actividades formativas, resultados del aprendizaje, contenidos de la asignatura, sistemas de evaluación y temporización de todas y cada una de las actividades. La Tabla II recoge en síntesis la información introducida en la Guía Docente correspondiente a la asignatura de “Síntesis y caracterización estructural de materiales” del Grado en Física de la Universidad de Valladolid.

Tabla II. Guía docente de la asignatura “Síntesis y caracterización estructural de los materiales”. 2º curso del Grado en Física de la Universidad de Valladolid.

Tipo de asignatura Optativa (OP) Créditos ECTS 6

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COMPETENCIAS TRANSVERSALES 1. Capacidad de análisis y síntesis (T1) 2. Capacidad de organización y planificación (T2) 3. Comunicación oral y escrita (T3) 4. Capacidad de resolución de problemas (T4) 5. Trabajo en equipo (T5) 6. Capacidad de gestión de la información (T6) 7. Capacidad de trabajo y aprendizaje autónomo (T7) 8. Capacidad de adaptación a nuevas situaciones (T8) 9. Creatividad. (T9) COMPETENCIAS ESPECÍFICAS E3: Ser capaz de comparar nuevos datos experimentales con modelos disponibles para revisar su validez y sugerir cambios con el objeto de mejorar la concordancia de los modelos con los datos. E4: Ser capaz de iniciarse en nuevos campos a través de estudios independientes. E5: Ser capaz de evaluar claramente los ordenes de magnitud, de desarrollar una clara percepción de las situaciones que son físicamente diferentes, pero que muestran analogías y, por lo tanto, permiten el uso de soluciones conocidas a nuevos problemas. E6: Ser capaz de realizar las aproximaciones requeridas con el objeto de reducir un problema hasta un nivel manejable. E8: Ser capaz de buscar y utilizar bibliografía en Física y otra bibliografía técnica, así como cualquier fuente de información relevante para trabajos de investigación y desarrollo técnico de proyectos. E10: Ser capaz de mantenerse informado de los nuevos desarrollos. E11: Adquirir familiaridad con las fronteras de la investigación. E12: Tener una buena comprensión de las teorías físicas más importantes, de su estructura lógica y matemática y su soporte experimental. E13: Ser capaz de integrar los conocimientos recibidos de las diferentes áreas de la Física para la resolución de un problema. E14: Haberse familiarizado con los modelos experimentales más importantes, y ser capaz de realizar experimentos de forma independiente, así como describir, analizar y evaluar críticamente los datos experimentales. E15: Comprender y dominar el uso de los métodos matemáticos y numéricos más comúnmente utilizados.

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Introducción. Síntesis y caracterización estructural de los materiales, pretende dotar al egresado en física de los conocimientos necesarios para abordar con éxito su presencia en el eje profesional relacionado con el diseño, análisis y caracterización de nuevos materiales. La correlación entre la estructura estática, la estructura dinámica y las propiedades estructurales de los materiales -objetivo fundamental de la Ciencia de Materiales-, es el eje conductor del programa propuesto en este asignatura, situando a los físicos en un espacio propio, entre la Química y la Ingeniería. Para ello, se dota a los estudiantes del Grado en Física de conocimientos sobre síntesis, técnicas de caracterización y de determinación estructural de nuevos y avanzados materiales Objetivos / Resultados Comprender y dominar los conceptos básicos relacionados con la estructura de la materia

(estructura estática y estructura dinámica). Conocer los modelos estructurales tipo. Manejar los elementos geométricos de la red. Comprender los diferentes métodos de determinación estructural. Dominar en particular, los métodos derivados de la difracción y de la espectroscopia

vibracional. Manejar las técnicas asociadas con los métodos de determinación estructural. Comprender y dominar los conceptos básicos asociados con la formación y crecimiento de los

cristales. Conocer los métodos principales de síntesis de los materiales y de crecimiento cristalino.

Contenidos

• Estructura estática y dinámica de la materia. • Bases cristalográficas. • Métodos de determinación estructural. • Técnicas de difracción. • Técnicas espectroscópicas.

• Síntesis y crecimiento cristalino: aplicaciones.

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La metodología docente se basa en la combinación de las siguientes herramientas: • Clases de teoría • Prácticas en aula • tutorías en grupo • Prácticas de laboratorio • Visitas a Laboratorios de investigación y/o empresas • Trabajo en equipo • Realización de presentaciones públicas orales de los trabajos de prácticas

Criterios y sistemas de evaluación

Combinación ponderada de evaluación continua, valoración del cuaderno de laboratorio, informes de las prácticas y prueba final de examen.

Calendario y horario

1. Segundo Cuatrimestre de Lunes a Viernes de 13:00 a 14:00 horas, en el seminario de Cristalografía y Mineralogía de la Facultad de Ciencias.

2. Prácticas: Se acordará con los alumnos las fechas, lugares y horas para realizar las practicas de laboratorio. Los alumnos realizaran un trabajo presencial de practicas de laboratorio de 10 horas, con la emisión de los correspondientes informes.

Tabla de Dedicación del Estudiante a la Asignatura / Plan de Trabajo

Actividades presenciales ECTS Trabajo personal del alumno ECTS Clases de teoría en aula 40 Estudio autónomo y resolución de problemas 50

Clases de problemas en aula 10 Preparación y redacción de trabajos y ejercicios

15

Trabajo en laboratorio 10 Redacción de informes de laboratorio 10 Tutorías, seminarios y presentación de trabajos

8 Búsquedas bibliográficas 5

Sesiones de evaluación 2 Total presencial 70 Total personal 80

Responsable de la docencia

Fernando Rull Pérez (rull@fmc.uva.es) Ángel Carmelo Prieto Colorado (prieto@fmc.uva.es) Jesús Medina García (medina@fmc.uva.es) Alejandro del Valle González (valle@fmc.uva.es)

Idioma en que se imparte Castellano

Recursos de aprendizaje y apoyo tutorial

Los profesores responsables de la asignatura, además de las horas y lugares reglados de tutorías, estarán disponible para los alumnos previa cita en las direcciones de correo electrónico siguientes: rull@fmc.uva.es; prieto@fmc.uva.es; medina@fmc.uva.es; valle@fmc.uva.es; Se organizaran sesiones conjuntas de tutorías para discutir los aspectos críticos de la asignatura.

Otras consideraciones

Por tanto, la Guía Docente de una asignatura representa tanto un compromiso del profesor en cuanto a la orientación de su enseñanza como el instrumento más importante para el estudiante en cuanto a la orientación de su aprendizaje. Representa no sólo la propuesta pedagógica y formativa de una asignatura sino que forma parte de la oferta de la cultura propia de la Universidad. En una Guía Docente hay tres ejes sobre los que se diseña la enseñanza: i) Una selección de contenidos, destrezas, competencias que tomen como referencia unos contenidos; ii) Una estructura de tareas y actividades encaminadas a facilitar el aprendizaje y iii) Una visión realista sobre lo que el estudiante es capaz de hacer. Fuentes Bibliográficas. La bibliografía se ha pensado directamente en los alumnos, por tanto son recurso bibliográficos accesibles y sencillos que podrán utilizar para estudio y consulta y que hemos agrupado en Bibliografía básica y en Revistas especializadas. La Bibliografía básica son libros que están disponibles tanto en la biblioteca general de la Facultad de Ciencias como en el Departamento de Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía. El listado se ha efectuado según la concordancia con los bloques temáticos didácticos. Las Revistas especializadas se selecionarán 40 publicaciones científicas con mayor índice de impacto, en el año 2012, del área de Ciencia y Tecnología de los Materiales, según el JCR. Bibliografía básica Estructura estática y dinámica de la materia

• Ashcroft, N.W., Mermin, N.D., “Solid State Physics”, Internacional Edition, 1976. • Brown, F.C., "Física de los Sólidos", Reverté, 1970. • Callister, W.D. "Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los materiales", Reverté, 1995.

• Dorlot, J.M., Baïlon, J.P., Masounave, J., “Des Matèaux”, Editions de l´ecole polytechnique de Montreal, 1986.

• Elliot, S.R., “The physics and chemistry of solids”, John wiley & Sons, 1998. • Kittel, C., "Introducción a la Física del estado sólido". Reverté, Barcelona, 1995. • Mercier, J.P., Zambelli, G., Kurz, W., “Introduction to material Science”, Elsevier, 2002. • Saja, J.A. de, “Introducción a la Física de los Materiales”. Universidad de Valladolid, 2000. • Saja, J.A. de, Rodríguez-Pérez, M.A., Rodríguez-Méndez, M.L., “Materiales: Estructura, Propiedades y

aplicaciones”, Thomson Paraninfo, 2005. • Saackelford, J.F., “Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros”, Prentice Hall, 1998. • Vainshtein, B.K., Fridkin,V.M., Indenbom,V.L., "Modern Crystallography II: Structure of Crystals".

Springer Series in Solid-State Sciences. Vol. 21. Springer-Verlag, Berlin, 1982. • West, A.R., “Solid State Chemistry and aplications”, John Wiley & Sons, 1984.

Bases cristalográficas

• Amoros, J.L., "El cristal. Una introducción al estado sólido". Ucrania, S.A. Barcelona, 1982. • Bishop, D.M., “Group theory and Chemistry”, Dover Public. Inc. New-York, 1993. • Borchardt-Ott, W. “Crystallography”, Springer, 1995. • Cotton, F.A., "La teoría de grupos aplicada a la química". Limusa, Mexico, 1977. • Cuevas, M.A., Galí, S., Solans, J., Calvet, M.T., Vendrel, M., Solans, F.X., Labrador, M., Nogués, J.M.,

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Métodos de determinación estructural

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