Основы современной физики: введение в физику твердого тела

2019/2020

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

2

Кредиты

Кто читает:

Факультет физики

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

3-й курс, 4 модуль

Преподаватель

Глазков Василий Николаевич

Программа дисциплины

Аннотация

Целями изучения дисциплины являются: ● знакомство студентов с основными концепциями физики твердого тела (основы кристаллографии, коллективные степени свободы в кристаллах и их квантование, особенности поведения электронов внутри твёрдого тела); ● знакомство студентов с применяемыми в этой области физики методами исследования; ● овладение методами решения задач, описания физических явлений. Необходимыми для изучения дисциплины пререквизитами являются: ● квантовая механика ● термодинамика Курс изучается с использованием онлайн-компоненты. Включенной в курс онлайнкомпонентой является курс MIT на платформе EDX "Structure of Materials, Part 1: Fundamentals of Materials Structure" https://www.edx.org/course/structure-of-materials-part-1- fundamentals-of-materials-structure. Онлайн компонента изучается самостоятельно до начала курса, наличие сертификата об успешном освоении онлайн компоненты учитывается при формировании итоговой оценки.

Цель освоения дисциплины

• Целями изучения дисциплины являются: ● знакомство студентов с основными концепциями физики твердого тела (основы кристаллографии, коллективные степени свободы в кристаллах и их квантование, особенности поведения электронов внутри твёрдого тела); ● знакомство студентов с применяемыми в этой области физики методами исследования; ● овладение методами решения задач, описания физических явлений. Необходимыми для изучения дисциплины пререквизитами являются: ● квантовая механика ● термодинамика

Планируемые результаты обучения

• знать основы кристаллографии и у меть решать задачи на данную тему
• уметь применять модель Дебая для решения задач
• знать и уметь применять теорию парамагнетизма Паули для решения задач
• уметь определять закон дисперсии для электронов в приближении сильной и слабой связи.
• уметь оценить проводимость и теплопроводность металлов и диэлектриков
• знает строение полупроводников
• умеет оценить условия возникновения двумерного электронного газа в гетероструктуре
• знает о следствиях возникновения туннельных эффектов в сверхпроводниках
• знает о существовании молекулярного поля и может оценить спиновые волны

Содержание учебной дисциплины

• Основы кристаллографии. Колебания атомов в кристалле. Фононы, спектр фононов.
• Теплоемкость кристаллов. Модель Дебая
• Идеальный ферми-газ. Энергия и импульс Ферми. Теплоёмкость идального ферми-газа. Парамагнетизм Паули
• Электроны в кристалле.
  Теорема Блоха. Закон дисперсии для электронов в приближении сильной и слабой связи. Динамическая эффективная масса. Связь заполнения зон с электрическими свойствами.
• Кинетика электронов и фононов в кристалле. Проводимость и теплопроводность металлов и диэлектриков.
• Полупроводники. Электроны и дырки в полупроводнике.
• Зонные диаграммы контакта полупроводников. p-n переход и гетеростуктуры. Формирование двумерного электронного газа в гетероструктуре
• Основы сверхпроводимости.
  Эффект Мейснера, спектр элементарных возбуждений сверхпроводника, туннельные эффекты в сверхпроводниках
• Основы физики магнетиков. Модель молекулярного поля. Спиновые волны

Элементы контроля

• Экзамен
  Экзамен проводится в форме письменной контрольной работы по всем темам курса. Длительность контрольной работы 3 часа.
• Домашние задания
  Регулярные домашние задания решаются каждую неделю, содержат 5-6 задач по теме курса. Задания сдаются строго в установленные сроки.
• Текущее тестирование
  Еженедельные тесты после лекции для контроля усвоения материала. Проводятся с использованием системы LMS

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (4 модуль)
  Оценка складывается из оценки за регулярные тесты (Т), домашние задания (ДЗ) и обязательный письменный экзамен (Э). Итоговая оценка рассчитывается по формуле: ИО=0,49ДЗ+0,21Т+0,3Э. Курс включает онлайн-компоненту, если онлайн компонента не освоена, итоговая оценка не может быть выше 8.

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Физика твердого тела: Учебное пособие/Браун А.Г., Винке Е.Э., Краскина О.А. - Москва : НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 208 с.: 60x90 1/16. - (Высшее образование: Бакалавриат) (Переплёт 7БЦ) ISBN 978-5-16-010765-3 - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/501691

Рекомендуемая дополнительная литература

• Матухин В.Л., Ермаков В.Л. - Физика твердого тела - Издательство "Лань" - 2010 - 224с. - ISBN: 978-5-8114-0923-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/262