• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Магистратура 2019/2020

Избранные главы физики конденсированного состояния

Статус: Курс по выбору (Материалы. Приборы. Нанотехнологии)
Направление: 11.04.04. Электроника и наноэлектроника
Когда читается: 2-й курс, 1-3 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Прогр. обучения: Материалы. Приборы. Нанотехнологии
Язык: русский
Кредиты: 14

Программа дисциплины

Аннотация

Развитие техники требует все новых материалов подчас с принципиально новыми свойствами, обладающих сочетанием определенных характеристик: магнитных, упругих, электрических. Курс направлен на формирование современных представлений в области макроскопических квантовых систем, таких как квантовые жидкости, кристаллы и газы, низкоразмерных магнитных систем, электронных процессов в нанокомпозитах на основе органических и гибридных соединений, в т.ч. в оптоэлектронных пленочных устройствах (светодиод, фотодиод, полевой транзистор и т.п.), а также о современных методах исследования структуры, состава и физических свойств широкого спектра материалов различного функционального назначения, овладение навыками комплексного применения изучаемых методов для решения практических задач в профессиональной деятельности. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде учета активности студентов на семинаре, домашних заданий, коллоквиума и экзамена.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целью курса является формирование современных представлений в области макроскопических квантовых систем, таких как квантовые жидкости, кристаллы и газы, низкоразмерных магнитных систем, электронных процессов в нанокомпозитах на основе органических и гибридных соединений, в т.ч. в оптоэлектронных пленочных устройствах (светодиод, фотодиод, полевой транзистор и т.п.), а также о современных методах исследования структуры, состава и физических свойств широкого спектра материалов различного функционального назначения, овладение навыками комплексного применения изучаемых методов для решения практических задач в профессиональной деятельности.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знает: - основные модели, описывающие электронные свойства кристаллической и неупорядоченной (полимерной) сред; - особенности электронных свойств наноразмерных структур; - принципы работы тонкопленочных электронных устройств.
  • Знает: - основные положения и границы применимости кинематической и динамической теории рассеяния; - физику дифракции рентгеновских лучей и электронов: свойства обратной решетки, уравнение Лауэ, построение Эвальда, формулу Вульфа-Брэгга; - принцип работы, конструкцию и структурные схемы лабораторного оборудования, реализующего изучаемые методы.
  • Знает: - особенности физических свойств сверхтекучего гелия, квантовых кристаллов и газов; - принципы работы криогенной техники.
  • Знает: - основные особенности магнитных взаимодействий в низкоразмерных магнитных системах; - свойства ряда низкоразмерных магнитных систем, таких как димеры, спиновые цепочки, спиновые лестницы, двумерные магнитные системы.
  • Умеет: выявлять особенности электронных свойств наноразмерных структур.
  • Владеет: навыками расчета параметров и основных характеристик электронных устройств с использованием физических моделей.
  • Умеет: анализировать области применения, возможности и ограничения таких методов, как РФЭС, ОЭС, МРСА, ВИМС, ДМЭ; РЭМ, ПЭМ, АСМ, EXAFS, XRD, XRR, GISAXS.
  • Владеет: навыками современных способов математического описания шероховатых поверхностей, особенностей диффузного рассеяния рентгеновских лучей на шероховатой поверхности и структуре пленка-подложка.
  • Умеет: проводить анализ свойств сверхтекучего гелия; квантовых кристаллов и газов по конкретным экспериментальным данным;
  • Владеет: навыками теоретического описания свойств квантовых жидкостей, кристаллов и газов.
  • Умеет: проводить анализ свойств низкоразмерных магнитных систем.
  • Владеет: навыками теоретического описания свойств низкоразмерных магнитных систем.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Тема 1. Электронные процессы в неупорядоченных органических полупроводниках и нанокомпозитах.
    Электроны в неупорядоченной среде: - Металлы. Полупроводники. Диэлектрики. - Аморфные полупроводники. Неупорядоченная среда. Локализованные состояния. - Прыжковый и туннельный механизмы переноса носителей заряда. - Органические полупроводники: полимерные и низкомолекулярные соединения. Молекулярные орбитали и оптические свойства. - Фотогенерация и транспорт носителей заряда в органических полупроводниках. Электроны в наноструктурах: - Размерное квантование электронных состояний в квантовых ямах. - Квантовые точки. Твердые слои квантовых точек. Перенос энергии и носителей заряда. - Наноструктуры органических соединений. H- и J-агрегаты. Оптические и электрические свойства. Электрические свойства полимерных нанокомпозитов: - Диэлектрики в статическом электрическом поле. Ток, ограниченный пространственным зарядом. Эффект переключения проводимости. Электрический пробой. - Электрическая проводимость и фотопроводимость тонких пленок полимерных нанокомпозитов. Планарный и объемный гетеропереход. - Принципы работы тонкопленочных электронных устройств. Светоизлучающий диод и транзистор. Солнечные элементы на основе наноструктур. Элементы памяти.
  • Тема 2. Методы и приборы для исследования состава, структуры и свойств материалов.
    Методы и приборы для определения элементного состава материалов. Методы и приборы для изучения структуры материалов. Рентгеновские методы исследования структуры материалов. Методы, основанные на дифракции электронов. Методы и приборы для анализа геометрических параметров и размеров наночастиц. Специальные методы исследования.
  • Тема 3. Квантовые жидкости, кристаллы и газы.
    Квантовые жидкости: - Квантовые жидкости. Сверхтекучий гелий. - Законы сохранения Ландау в гидродинамике - Двухскоростная сверхтекучая гидродинамика. Нормальная и сверхтекучая плотность. - Первый и второй звук в сверхтекучем гелии. Критические скорости Ландау для разрушения сверхтекучего течения - Спектр элементарных возбуждений в гелии. Фононы и ротоны. - Квантовые вихревые нити Фейнмана-Онзагера. Критические угловые частоты вращения для сосуда со сверхтекучим гелием - Законы подобия Колмогорова. Классическая и сверхтекучая турбулентность - Сверхтекучий Не-3. А и В фазы. Фазовая диаграмма. Сверхнизкие критические температуры. Квантовые газы и кристаллы: - Магнитные и оптические ловушки. Бозе-эйнштейновская конденсация в ультрахолодных квантовых газах. - Квантовые кристаллы. Капиллярные волны и волны Рэлея. Волны плавления-кристаллизации на межфазной поверхности раздела квантовый кристалл-квантовая жидкость. Криогенная техника в физике низких температур: - Криогенная техника в физике низких температур. - Криостат растворения и техника ядерного размагничивания. - Лазерное и испарительное охлаждение для создания ультрахолодных квантовых газов.
  • Тема 4. Низкоразмерный магнетизм.
    Низкоразмерные магнитные системы: - Кристаллическая структура и магнитные взаимодействия в низкоразмерных магнитных системах. - Димеры. Термодинамические свойства димеризованных систем. - Цепочки полу- и целочисленных спинов - Цепочки спинов S= ½. Альтернированные цепочки спинов. - Спин-Пейерловский переход - Цепочки целочисленных спинов. Халдейновская щель в спектре магнитных возбуждений. - Квазиодномерные магнетики. Спиновые лестницы. Гибридные системы. Двумерные спиновые решётки: - Фрустрированные двумерные спиновые решётки. Треугольная решётка и решётка Кагоме. - Магнитные монополи и спиновый лёд. Магнитные струны Дирака.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Семинар 1
  • блокирующий Коллоквиум 1
    Коллоквиум проводится в устной форме. Оценка выставляется по десятибалльной шкале. За несданный коллоквиум за неделю до зачетно-экзаменационной недели данного модуля выставляется оценка Кол=0 баллов. Оценка за коллоквиум является блокирующей.
  • неблокирующий Домашнее задание 3
    За несданное домашнее задание за неделю до зачетно-экзаменационной недели данного модуля выставляется оценка 0 баллов.
  • блокирующий Экзамен 1
    Экзамен состоялся. Экзамен проводится в устной форме в период экзаменационной сессии по графику, предусмотренному Рабочим учебным планом. Оценка за экзамен выставляется по десятибалльной шкале. Оценка за экзамен является блокирующей. Пересдача экзамена проводится в период переэкзаменовки.
  • неблокирующий Семинар 2
  • неблокирующий Семинар 3
  • блокирующий Экзамен 2
    Экзамен состоялся. Экзамен проводится в устной форме в период экзаменационной сессии по графику, предусмотренному Рабочим учебным планом. Оценка за экзамен выставляется по десятибалльной шкале. Оценка за экзамен является блокирующей. Пересдача экзамена проводится в период переэкзаменовки.
  • блокирующий Экзамен 3
    Экзамен состоялся. Экзамен проводится в устной форме в период экзаменационной сессии по графику, предусмотренному Рабочим учебным планом. Оценка за экзамен выставляется по десятибалльной шкале. Оценка за экзамен является блокирующей. Пересдача экзамена проводится в период переэкзаменовки.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (1 модуль)
    ПА1 = 0.5∙Э1 + 0.2∙С1 + 0.3∙Кол1
  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    ПА2 = 0.5 ∙ Э2 + 0.5 ∙ С2
  • Промежуточная аттестация (3 модуль)
    ПА3=0.5∙Э3 + 0.2∙С3 + 0.3∙Дз3
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • M.Yu. Kagan, Modern Trends in Superconductivity and Superfluidity, Lecture Notes in Physics, v. 874, Springer, Dordrecht, 2013
  • Гантмахер В.Ф. - Электроны в неупорядоченных средах - Издательство "Физматлит" - 2013 - 288с. - ISBN: 978-5-9221-1487-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/91178
  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Теоретическая физика. Т.6 Гидродинамика - Издательство "Физматлит" - 2001 - 736с. - ISBN: 5-9221-0121-8 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2232
  • Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля : учеб. пособие, Брандон, Д., 2004
  • Рентгенографический и электронно-оптический анализ : учеб. пособие для вузов, Горелик, С. С., 2002
  • Теоретическая физика. Т.6: Гидродинамика, , 2006
  • Физика полупроводников : учеб. пособие для вузов, Бонч-Бруевич, В. Л., 1977
  • Электроны в неупорядоченных средах, Гантмахер, В. Ф., 2013

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Volovik, Grigory E.. The Universe in a Helium Droplet, Oxford University Press, Incorporated, 2003. ProQuest Ebook Central, https://ebookcentral.proquest.com/lib/hselibrary-ebooks/detail.action?docID=472399.
  • Методы исследования микроэлектронных и наноэлектронных материалов и структур: сканирующая зондовая микроскопия. Часть 1/ФилимоноваН.И., КольцовБ.Б. - Новосиб.: НГТУ, 2013. - 134 с.: ISBN 978-5-7782-2158-1
  • Цвелик А.М. - Квантовая теория поля в физике конденсированного состояния - Издательство "Физматлит" - 2004 - 320с. - ISBN: 5-9221-0237-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2714