• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2020/2021

Физика металлов и электронные явления

Статус: Курс обязательный (Физика)
Направление: 03.03.02. Физика
Когда читается: 4-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Охват аудитории: для своего кампуса
Язык: русский
Кредиты: 7

Программа дисциплины

Аннотация

Курс “Физика металлов и электронные явления” знакомит студентов с основными представлениями теории нормальных металлов и основными экспериментальными методами исследования металлов и электронных систем. Изложение содержит описание ферми-жидкостного подхода и электронных спектров, полученных на основе одночастичных волновых функций. Будут описаны основные транспортные, термодинамические и высокочастотные свойства нормальных металлов, методы исследования электронных спектров. Анализируются особенности транспортных свойств мезоскопических и двумерных электронных систем.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных теоретических представлений о физике металлов и электронных систем
  • формирование навыков расчета основных параметров электронных систем
  • ознакомление студентов с основными экспериментальными фактами, лежащими в основе физики металлов
  • ознакомление с экспериментальными методиками исследования металлов и электронных систем
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • формирование навыков расчета основных параметров электронных систем в модели свободных электронов
  • ознакомление с экспериментальными методиками исследования металлов и электронных систем
  • ознакомление студентов с основными экспериментальными фактами и теоретическими представлениями, лежащими в основе физики металлов
  • ознакомление с экспериментальными методиками исследования металлов и электронных систем в магнитном поле
  • формирование представлений о возможном виде спектра электронов и формы поверхности Ферми в кристаллах
  • ознакомление с квантовыми эффектами в физике металлов, способами их экспериментального наблюдения и теоретического описания
  • формирование представления об особенностях поведения металлов в высокочастотном электромагнитном поле
  • формирование представления о термоэлектрических эффектах в металле, методах описания этих эффектов
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Модель свободных электронов
    Тема 1.1 Электрон в периодическом потенциале. Теорема Блоха. Приближения сильной и слабой связи. Квазиимпульс. Уравнение движения в электрическом поле. Тема 1.2. Ансамбль электронов. Распределение Ферми. Фермиевская скорость. Плотность состояний. Теплоемкость газа свободных электронов. Парамагнетизм Паули. Экранирование заряда. Тема 1.3. Зонная теория металлов. Электрон-электронные столкновения. Энергетические зоны. Электроны и дырки. Построение Харрисона поверхностей Ферми. Переходы Мотта и Пайерлса.
  • Транспортные свойства металлов.
    Тема 2.1 Проводимость металлов. Кинетическое уравнение. Тау-приближение. Рассеяние электронов на примесях и фононах. Оценки вероятности рассеяния. и величины проводимости. Температурная зависимость проводимости и сопротивления.
  • Гальваномагнитные эффекты. Исследование поверхности Ферми
    Тема 3.1 Гальваномагнитные эффекты. Вид тензоров сопротивления и проводимости в магнитном поле. Эффект Холла. Открытые и закрытые траектории. Магнитосопротивление чистых металлов в слабом и сильном поле. Компенсированные металлы. Тема 3.2 Исследование поверхности Ферми. Экспериментальные методы исследования поверхности Ферми. Эффекты де-Гааза-ван-Альфена и Шубникова - де-Гааза, квазиклассическое рассмотрение. Циклотронный резонанс. Радиочастотный размерный эффект. Затухание ультразвука в магнитном поле. Ферми- поверхности щелочных и благородных металлов, олова, индия.
  • Интерференционные эффекты в проводимости. Квантовый эффект Холла.
    Тема 4.1 Интерференционные эффекты в проводимости. Интерференционные эффекты в проводимости. Слабая локализация. Андерсоновская локализация. Мезоскопические эффекты. Осцилляции сопротивления неодносвязных образцов магнитном поле. Тема 4.2 Интерференционные эффекты в проводимости. Квантовый эффект Холла. Основные понятия и экспериментальные факты. Условия наблюдения квантового эффекта Холла, основные наблюдаемые параметры и метрологическая значимость квантового эффекта Холла
  • Высокочастотные свойства металлов. Термоэлектрические явления.
    Тема 5.1 Скин-эффект, электромагнитные волны в металлах. Плазменная частота. Нормальный и аномальный скин-эффект. Концепция эффективноой длины свободного пробега. Геликоны. Магнито-плазменные волны. Тема 5.2 Термо-э.д.с. и эффект Пельтье. Принцип Онзагера симметрии кинетических коэффициентов. Термоэлектродвижущая сила и эффект Пельтье. Связь коэффициентов Пельтье и термоэлектродвижущей силы.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий контрольная работа 1
    Контрольная работа включает письменное решение трех задач в выбранном каждым студентом билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часов.
  • неблокирующий контрольная работа 2
    Контрольная работа включает письменное решение трех задач в выбранном каждым студентом билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часов.
  • неблокирующий Экзамен
    Проводится в устной форме. Билет содержит 2 вопроса.
  • неблокирующий Домашние работы и работа на семинаре
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.2 * Домашние работы и работа на семинаре + 0.15 * контрольная работа 1 + 0.15 * контрольная работа 2 + 0.5 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Курс теоретической физики. Статистическая физика - Издательство "Физматлит" - 2001 - 616с. - ISBN: 978-5-9221-0054-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2230
  • Основы теории металлов, Абрикосов, А. А., 1987
  • Основы теории металлов, Абрикосов, А. А., Фальковского, Л. А., 2010
  • Теоретическая физика. Т. 5: Статистическая физика: Ч. 1, Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М., 2013

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Sasaki, S. (2016). Theory of the Integer and Fractional Quantum Hall Effects. Hauppauge, New York: Nova Science Publishers, Inc. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1345699