• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Магистратура 2018/2019

Введение в физику твердого тела

Статус: Курс адаптационный (Материалы. Приборы. Нанотехнологии)
Направление: 11.04.04. Электроника и наноэлектроника
Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: Full time
Прогр. обучения: Материалы. Приборы. Нанотехнологии
Язык: русский
Кредиты: 4

Программа дисциплины

Аннотация

Курс «Введение в физику твердого тела» направлен на ознакомление с основными понятиями и методами физики твердого тела, которые подготовят базу для восприятия более углубленных курсов на магистерской программе «Материалы. Приборы. Нанотехнологии». Особое внимание уделяется строению кристаллической решеток твердых тел и простейшим моделям решеток, учитывающих взаимодействие между атомами или молекулами решетки, которые позволяют вычислять различные физические свойства твердых тел, такие как: плотность, простейшие дифракционные характеристики кристаллической структуры, сжимаемость твердого тела, скорость звука, скорость возгонки, коэффициенты объёмного расширения, теплоемкость и.т.п. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде аудиторной контрольной работы, домашней контрольной работы и экзамена.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целью ВВФТТ является получение магистрантами базовых знаний в области физики твердого тела, которые им позволят полноценно осваивать основной массив дисциплин программы «Материалы. Приборы. Нанотехнологии ».
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знает основные типы связи в твердом веществе.
  • Умеет использовать справочные данные для анализа типа связи в конкретном кристалле.
  • Владеет представлениями об электронной структуре атомов и типах связи.
  • Знает определение кристаллических решёток, их математическое представление и его свойства.
  • Умеет рассчитывать простейшие «геометрические» свойства твердых тел на основе знаний о его кристаллической структуре.
  • Владеет представлениями о возможных типах симметрии кристаллической решетки.
  • Знает подходы к определению дифракции на кристаллах.
  • Умеет рассчитывать дифракционные картину в простейших случаях рентгеновского облучения кристаллов.
  • Владеет представлениями о возможных типах экспериментальных техник дифракционного изучения твердых тел.
  • Знает типы колебаний кристаллических систем и соответствующие им квазичастицы.
  • Умеет рассчитывать собственные колебания и скорость передачи волн в цепочках атомов и молекул.
  • Владеет базовыми методами анализа колебательных систем.
  • Знает подходы к изучению теплоемкостей, и типы фазовых переходов, механизмы определяющие теплопроводность кристаллических тел.
  • Умеет рассчитывать теплоемкость твердых тел с использованием подхода Эйнштейна и Дебая, рассчитывать коэффициенты теплового расширения твердых тел, оценивать теплопроводность и параметры фазовых переходов.
  • Владеет методами термодинамических функций и простейшими методами расчёта статистических сумм и средних характеристик, применимых для моделей твердого тела.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Тема 1: Химические связи в твердых телах.
    Строение электронной структуры атомов. Типы атомных орбиталей и химическая валентность. Кристаллы инертных газов и молекулярные кристаллы, ионные кристаллы, ковалентные кристаллы, металлические кристаллов. Энергия ионных и молекулярных кристаллов. Ближний порядок и химическая связь. Структура вещества с ненаправленным взаимодействием. Задача о плотной упаковки шаров и кристаллическая структура. Объемно-центрированные и гранецентрованные кубические решетки и гексагональная плотноупакованная решетка кристаллов, примеры структур веществ. Свойства ковалентной связи и структура веществ. Кристаллическая структура веществ типа селена. Гибридизация атомных орбиталей в кристаллах и молекулах. Структура алмаза и графита.
  • Тема 2: Симметрии кристаллических решеток.
    Твердые тела с кристаллической и аморфной структурой. Трансляционная инвариантность. Базис и кристаллическая структура. Узлы, направления и плоскости в кристалле. Обратная решетка. Решетка Браве. Ячейка Вигнера – Зейтца и зона Бриллюэна. Симметрия кристаллов и операции преобразования. Повороты, отражения, инверсия, инверсионные повороты, трансляции. Элементы теории групп. Пространственные группы, точечные группы (кристаллические классы). Классификация решеток Браве.
  • Тема 3: Дифракция в кристаллах.
    Дифракция гамма, бета излучения и нейтронов в кристаллах. Упругое и неупругое рассеяние, их особенности. Закон Брэгга. Атомный фактор рассеяния. Структурный фактор. Дифракция в аморфных веществах.
  • Тема 4: Колебания решеток и квазичастицы
    Движение атомов в кристаллической решетке. Уравнения движения взаимодействующих атомов. Одномерные цепочки атомов. Колебания кристаллических решеток. Закон дисперсии упругих волн. Квантование колебаний кристаллической решетки. Фононы. Акустические и оптические фононы. Электрон-фононное взаимодействия.
  • Тема 5: Тепловые свойства твердых тел.
    Теплоемкость кристаллической решетки и теплоемкость электронного газа, их температур- ные зависимости. Классическая теория теплоемкости. Теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы в классической физике. Ограничения классической теории теплоемкости. Квантовая теория теплоемкости Эйнштейна и Дебая. Предельные случаи высоких и низких температур. Температура Дебая. Ангармонические колебания и тепловое расширение кристаллической решетки. Теплопроводность решеточная и электронная. Закон Видемана – Франца. Фазовые переходы первого и второго рода. Критические индексы. Основы теории Ландау фазовых переходов второго рода. Невозможность существования различных фаз в одномерной системе. Фазовые переходы в сверхпроводниках.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Аудиторная контрольная работа
  • неблокирующий Домашняя контрольная работа
  • неблокирующий Экзамен
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.25 * Аудиторная контрольная работа + 0.25 * Домашняя контрольная работа + 0.5 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • - Савельев И.В. — Курс общей физики. В 5-и тт. Том 5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц - Издательство "Лань" - 2011 - ISBN: 978-5-8114-1211-2 - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/708

Рекомендуемая дополнительная литература

  • - Епифанов Г.И. — Физика твердого тела - Издательство "Лань" - 2011 - ISBN: 978-5-8114-1001-9 - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/2023
  • - Прудников В.В., Прудников П.В., Мамонова М.В. — Квантово-статистическая теория твердых тел - Издательство "Лань" - 2016 - ISBN: 978-5-8114-2061-2 - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/72587