Основы нанофотоники

Магистратура 2019/2020

Статус: Курс по выбору (Физика)

Направление: 03.04.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Вайнер Юрий Григорьевич

Прогр. обучения: Физика

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 48

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины «Основы физики поверхности» являются:  формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных представлений в области физики конденсированных сред,  приобретение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы,  формирование подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих проводить научные исследования и анализировать полученные результаты,  развитие умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели электронных процессов в твердых телах.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Основы физики поверхности» являются:  формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных представлений в области физики конденсированных сред,  приобретение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы,  формирование подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих проводить научные исследования и анализировать полученные результаты,  развитие умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели электронных процессов в твердых телах.

Планируемые результаты обучения

Иметь навыки (приобрести опыт): - работы с современной научной литературой по данному вопросу; - анализа экспериментально полученной информации с использованием современных методов и средств статистической обработки данных.
Знать: - современные концепции и теоретические подходы в описании физических явлений, возникающих в процессе взаимодействия оптического излучения с веществом на нанометровой шкале; - суть основных физических явлений, лежащих в основе нанофотоники
Уметь: - применять полученные знания для правильной трактовки наблюдаемых физических явлений; - корректно анализировать наблюдаемые экспериментальные результаты и сравнивать их с теоретическими предсказаниями.
Иметь навыки (приобрести опыт): - работы с современной научной литературой по данному вопросу.

Содержание учебной дисциплины

Основные понятия о поверхности как о специфическом объекте физических исследований
Чистые поверхности. Структура поверхности. Двумерные решетки Бравэ. Индексы Миллера для плоскостей и направлений в кристаллах. Высокоиндексные плоскости. Матричная запись и запись Вуда. Двумерная обратная решетка. Поверхностная зона Бриллюэна. Структура поверхности, релаксация и реконструкция. Примеры релаксации и реконструкции поверхности металлов. Реконструкция поверхности элементарных и бинарных полупроводников. Структурные дефекты поверхности. Адатомы, вакансии, дефекты замещения, ступени, доменные границы, фасетирование. Электронная структура поверхности. Теоретические подходы. Основы теории функционала плотности. Поверхностные состояния. Поверхностные фононы. Оптические свойства. Поверхности с адсорбатом. Физическая адсорбция. Химическая адсорбция. Модель Ньюнса-Андерсона. Поверхность металлов. Поверхность полупроводников. Основы кинетики адсорбции. Зависимость от степени покрытия. Зависимость от температуры. Термическая десорбция. Диффузия. Случайное блуждание. Законы Фика. Анизотропия диффузии. Механизмы атомной диффузии. Поверхностная диффузия кластеров. Растворение в объем.
Экспериментальные подходы при работе с поверхностью твердого тела в контролируемых условиях сверхвысокого вакуума
Рассеяние электронов в твердом теле. Основные экспериментальные методы анализа поверхности в сверхвысоком вакууме. Электронная оже-спектроскопия, фотоэлектронная спектроскопия. Электронная дифракция медленных и быстрых электронов. Рассеяние ионов поверхностью, EXAFS- подобные методы, фотоэлектронная дифракция. Методы создания и измерения вакуума, сверхвысокий и экстремально высокий вакуум. Электронная микроскопия: просвечивающая, растровая и микроскопия медленных электронов. Фотоэлектронная микроскопия. Сканирующая зондовая микроскопия/спектроскопия и ее возможности. Атомно-силовая микроскопия/спектроскопия с фазовой модуляцией. Атомная структура чистых поверхностей. Атомная структура адсорбированных слоев. Возможности и применения методов электронной спектроскопии и дифракции электронов.
Поверхностные явления, включая структурные и химические превращения
Поверхностные химические реакции. Гетерогенные химические реакции. Окисление металлов и полупроводников. Галогенирование металлов и полупроводников. Поверхностные оксиды и галогениды. Понятие гетерогенного катализа. Примеры каталитических реакций: окисление этилена на поверхности серебра. Фазовые структурные переходы на чистой поверхности и поверхности, покрытой адсорбатом. Переходы первого и второго рода на поверхности. Реконструкция поверхности под действием адсорбата. Рост кристаллов на поверхности. Начальные стадии роста. Ростовые модели. Одномерное и двумерное зарождение островков. Методы роста кристаллов. Молекулярно-лучевая и молекулярно-слоевая эпитаксия. Газофазная и твердофазная эпитаксия. Особенности роста ван-дер-ваальсовых кристаллов
Современные проблемы физики поверхности
Модельный гетерогенный катализ. Синтез новых двумерных материалов на элементов IV группы таблицы Менделеева (графен и т.п.). Новые подходы в расчетах физической и химической адсорбции. Динамика поверхностных реакций: от атомной структуры к спектрам термодесорбции. Поверхностный магнетизм. Двумерный ферро- и антиферомагнетизм. Фрустрированные спиновые структуры на поверхности. Магнитные наноструктуры на поверхности. Методы анализа поверхностного магнетизма. Спинполяризованные сканирующий туннельный и атомно-силовой микроскопы. Атомные манипуляции. Электронно-стимулированные реакции под действием зонда СТМ. Технологии на основе СТМ.

Элементы контроля

Контрольная работа
Экзамен

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.5 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины