Магистратура
2019/2020
Основы физики поверхности
Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»
Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»
Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус:
Курс по выбору (Физика)
Направление:
03.04.02. Физика
Где читается:
Факультет физики
Когда читается:
1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Преподаватели:
Андрюшечкин Борис Владимирович
Прогр. обучения:
Физика
Язык:
русский
Кредиты:
5
Контактные часы:
48
Программа 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 исследованийЧистые 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 вакуумаРассеяние 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 превращенияПоверхностные 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 поверхностиМодельный 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.
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Владимиров Г.Г. - Физика поверхности твердых тел - Издательство "Лань" - 2016 - 352с. - ISBN: 978-5-8114-1997-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/71707
- Мамонова М.В., Прудников В.В., Прудникова И.А. - Физика поверхности. Теоретические модели и экспериментальные методы - Издательство "Физматлит" - 2011 - 400с. - ISBN: 978-5-9221-1236-9 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/59605
Рекомендуемая дополнительная литература
- Квантовая механика : учеб. пособие для вузов, Давыдов, А. С., 2011
- Квантовая механика : учеб. пособие, Байков, Ю. А., 2013