Физика частично упорядоченных сред

Аспирантура 2019/2020

Статус: Курс обязательный

Направление: 03.06.01. Физика и астрономия

Кто читает: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 1 семестр

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Долганов Павел Владимирович

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 30

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс лекций посвящен одному из актуальных направлений современной науки - физике частично упорядоченных сред. Объектами исследований в данной области являются конденсированные среды, занимающие по своему упорядочению промежуточное положение между обычными кристаллами и изотропными жидкостями. Примерами частично упорядоченных сред являются жидкие кристаллы, пластические кристаллы, полимеры, коллоиды. В рамках курса рассматриваются свойства различных частично упорядоченных сред. Излагаются микроскопические и феноменологические подходы к рассмотрению различных явлений в данной области физики. Описываются экспериментальные методы исследования частично упорядоченных сред, существующие в настоящее время и потенциально возможные практические приложения.

Цель освоения дисциплины

получение фундаментальных знаний в области физики частично упорядоченных сред, углубленных представлений о физических свойствах частично упорядоченных сред, фазовых переходах с изменением трансляционного или ориентационного упорядочения, о способах описания различных процессов в частично упорядоченных системах с использованием микроскопического и феноменологического подходов. Кроме того, освоение дисциплины должно способствовать формированию профессиональных компетенций, в частности, связанных с возможностью применения полученных знаний для разработки новых элементов и систем отображения информации.

Планируемые результаты обучения

Знание основных современных моделей и подходов к описанию упорядочения и фазовых переходов в частично упорядоченных конденсированных средах, перспектив развития устройств отображения информации на основе частично упорядоченных структур, высокотехнологичных методов исследования частично упорядоченных сред, методов математической обработки результатов экспериментальных исследований.
Умение проектировать экспериментальные структуры и выполнять экспериментальные исследования частично упорядоченных систем с использованием современного экспериментального оборудования, • формулировать перспективные задачи исследований на основе современных трендов развития устройств отображения информации на основе частично упорядоченных структур,
Умение использовать передовые отечественные и зарубежные достижения в области изучения неравновесных процессов фазовых переходов в частично упорядоченных структурах при проведении научных исследований и разработки перспективных приборов и устройств на их основе.
Опыт использования современных моделей и подходов к описанию упорядочения и фазовых переходов в частично упорядоченных конденсированных средах; владение методологией теоретических и экспериментальных исследований в области изучения частично упорядоченных сред.

Содержание учебной дисциплины

Классификация частично упорядоченных конденсированных сред. Ключевые свойства структур, особенности межчастичных взаимодействия в конденсированных средах
Понятие о частично упорядоченных конденсированных средах. Типы частично упорядоченных сред, аморфное состояние, жидкие кристаллы, пластические (ротационные) кристаллы, частично упорядоченные полимерные структуры. Типы упорядочения в неорганических и органических средах. Межатомные и межмолекулярные связи. Параметр порядка, способы измерения степени ориентационного упорядочения в органических средах.
Фазовые переходы в частично упорядоченных конденсированных средах. Различные подходы к описанию фазовых переходов.
Переходы с изменением структуры в частично упорядоченных средах. Связь симметрии с возможными типами переходов. Пространство параметра порядка. Спонтанное нарушение симметрии. Голдстоуновские моды в различных системах. Фазовые переходы I рода в частично упорядоченных средах. «Слабые» фазовые переходы I рода. Модель Ландау – де Жена. Метастабильные состояния. Трикритическая точка. Переходы во внешнем поле. Переход нематик – изотропная жидкость. Теория Онсагера. Приближение Флори. Теория самосогласованного поля Майера – Заупе.
Особенности структуры и упорядочения, связанные с ограниченной геометрией, с нарушением зеркальной симметрии. Отклик частично упорядоченных сред на внешние воздействия
Влияние поверхности на структуру и фазовые переходы. Нарушение зеркальной симметрии в конденсированных средах. Хиральные структуры. Структуры, образованные в результате конкурирующих взаимодействий, фрустрации. Поведение жидкокристаллических термотропных и полимерных структур во внешнем поле. Эффект Фредерикса. Электрооптика частично упорядоченных сред. Жидкокристаллический дисплей. Раскрутка спиральных органических структур внешним полем.
Дефекты с нарушением трансляционного или ориентационного упорядочения в конденсированных средах. Топологические характеристики дефектов. Влияние дефектов на свойства частично упорядоченных сред.
Точечные топологические дефекты. Топологический заряд. Взаимодействие топологических дефектов. Топологические мультиполи. Линейные дефекты. Дисклинации. Процесс Вольтерра. Ориентационные доменные стенки. Влияние поляризации жидких кристаллов на конфигурацию дефектов. Дислокации в частично упорядоченных средах. TGB-фазы. Структуры с ориентационно упорядоченными связями. Переходы Костерлица-Таулесса, дислокационное плавление. Взаимодействие и самоорганизация частиц в частично упорядоченной среде.

Элементы контроля

домшнее задание
контрольная работа
экзамен
Устный опрос. По 3 вопроса по курсу.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (I семестр)
0.2 * домшнее задание + 0.2 * контрольная работа + 0.6 * экзамен

Программа дисциплины