«Электронно-спиновые свойства дефектов твердых тел»

«Электронно-спиновые свойства дефектов твердых тел»

Министерство образования и науки РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный университет»

Физический факультет

	УТВЕРЖДАЮ
	Проректор по научной работе
	________________
	«____»_______________ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«ЭЛЕКТРОННО-СПИНОВЫЕ СВОЙСТВА ДЕФЕКТОВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ»

ОД. А.06; цикл ОД. А.00 «Специальные дисциплины отрасли науки и научной специальности»;

основной образовательной программы подготовки аспиранта

по отрасли 01.00.00. - Физико-математические науки,

специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния

Самара 2011

Рабочая программа составлена на основании паспорта научной специальности 01.04.07 – Физика конденсированного состояния, в соответствии с Программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 01.04.07 – Физика конденсированного состояния по физико-математическим наукам, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ № 000 от 01.01.2001 г., и учебным планом СамГУ по основной образовательной программе аспирантской подготовки.

Составитель рабочей программы: , профессор, доктор физико-математических наук.

Рабочая программа утверждена на заседании ученого совета физического факультета

протокол от 01.01.2001 г.

Декан физического факультета

«___»____________2011 г. ____________

(подпись)

1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины

1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель дисциплины – изучение основных свойств и взаимодействий дефектов в твердых телах, определяющих процессы магнитопластичности и другие виды магнитозависимых свойств твердых тел (преимущественно в металлах).

Задачи дисциплины:

·  сформулировать основные фундаментальные проблемы установления физической природы и механизмов магнитопластичности твердых тел;

·  формирование у студентов знаний и умений, позволяющих оценивать роль электронно-спиновых взаимодействий дефектов в процессах формирования магниточувствительных свойств твердых тел.

1.2. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной дисциплины

Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:

·  иметь представление об основных проблемах магнитопластичности твердых тел и спинтроники;

·  знать основные характеристики размерных, кулоновских и электронно-спиновых свойств элементарных дефектов, их комплексов и ансамблей в твердых телах;

·  уметь оценивать роль размерных, кулоновских и электронно-спиновых взаимодействий дефектов, их комплексов и ансамблей в формировании макроскопически магниточувствительных свойств твердых тел.

1.3. Связь с предшествующими дисциплинами

Дисциплина «Электронно-спиновые свойства дефектов твердых тел» предполагает наличие у аспирантов знаний по общей физике, термодинамике, методам математической и статистической физики, атомной физике, электродинамике, квантовой механике и физики твердого тела.

1.4. Связь с последующими дисциплинами

Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, необходимы при подготовке и написании диссертации по специальности 01.04.07 – Физика конденсированного состояния.

2. Содержание дисциплины

2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах и зачетных единицах)

Форма обучения (вид отчетности)

2 год аспирантуры; вид отчетности – зачет.

Вид учебной работы	Объем часов / зачетных единиц
Трудоемкость изучения дисциплины	36 / 1
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	4
в том числе:
лекции	2
семинары	0
практические занятия	2
Самостоятельная работа аспиранта (всего)	32
в том числе:
Подготовка к практическим занятиям	-
Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку	-
Итого:	36

2.3. Содержание курса

ТЕМА 1. МАГНИТОПЛАСТИЧНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Влияние слабых электромагнитных полей на физико-механические характеристики реальных твердых тел. Магнитопластичность. Природа магниточувствительности диамагнитных материалов. Твердое тело как реактор дефектов. Спин-зависимые реакции между дефектами кристаллической структуры и их влияние на пластичность кристаллов. Спинтроника.

ТЕМА 2. Размерные, электрические и электронно-спино-вые свойства дефектов

Вакансии: упругие, зарядовые и спиновые свойства.

Примеси и примесные состояния в амофных, нанокристаллических, поликристаллических и монокристаллических средах.

Дислокации: упругие, зарядовые и спиновые свойства.

Примесные состояния на дислокациях: континуальные модели.

Атмосферы Котрелла: упругие, зарядовые и спиновые свойства.

Влияние дефектов на подвижность дислокаций и атмосфер Коттрела.

Атмосферы Сузуки и их размерные, кулоновские и спиновые свойства.

Магнитные свойства свободных наночастиц.

Магнитные свойства встроенных в решетку кластеров, наночастиц и нанофаз. Другие дефекты.

ТЕМА 3. ВИДЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ДЕФЕКТОВ

Классическое размерное взаимодействие. Классическое кулоновское взаимодействие. Электронно-спиновые взаимодействия дефектов. Некоторые модели взаимодействий дефектов. Микроскопическая модель и квантово-механическая теория некоторых спин-зависимых реакций дефектов. Роль эффектов взаимодействия в формировании физико-механических свойств твердых тел.

ТЕМА 4. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДЕФЕКТОВ

Влияние магнитного поля на динамику движения и эволюцию одиночных дефектов.

Ансамбли и системы дефектов. Влияние магнитного поля на спиновую динамику дефектов и их систем.

ТЕМА 5. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ДИФФУЗИОННЫЕ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Влияние магнитного поля на диффузионные процессы в твердых телах. Магнитодиффузионный эффект. Основные экспериментальные закономерности магнитодиффузионного эффекта.

Диффузионно-контролируемый рост кластеров и фаз в стареющих сплавах. Старение медных сплавов и магнитопластический эффект. Диаграмма состояния Cu-Be-сплавов в области концентраций сплавов, обнаруживающих магнитопластический эффект.

Влияние магнитного поля на диффузионно-контролируемый рост кластеров и нанофаз.

ТЕМА 6. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДЕФЕКТОВ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ.

Спектроскопия атомных комплексов. Измерение намагниченности. СКВИД-магнитометрия. Методы рентгеновской дифракции. Диффузия. Электропроводность. Фазовые превращения. Старение в магнитных полях. Пикнометрия. Нейтронографические методы. Изучение отклика на внешние воздействия и релаксационных процессов.

Спиновые взаимодействия и реакции дефектов в процессах примесной гетеродиффузии в слабых магнетиках и ферромагнетиках.

3.Организация текущего и промежуточного контроля знаний

3.1. Контрольные работы

Планом не предусматриваются.

3.2. Комплекты тестовых заданий

Тестирование планом не предусматривается.

3.3. Самостоятельная работа

3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники тестов, задач, упражнений и др.)

Самостоятельная работа в библиотеке с первоисточниками научной периодики:

1. , , Петржик эффект: основные свойства и физические механизмы // Кристаллография. 2003. Т. 48. №5. С.838-867.

2. Моргунов микромеханика в физике пластичности // УФН. 2004. Т. 174. №2. С. 131-153.

3. Головин твердых тел // ФТТ. 2004. Т. 46. Вып.5. С. 769-803.

4. , Бучаченко и магнитная память в диамагнитных твердых телах // ЖЭТФ. 2009, том 136, вып. 3(9), с. 505-515.

3.3.2. Поддержка самостоятельной работы:

- Для поддержки самостоятельной работы по темам дисциплины аспирантам рекомендуется следующая специальная периодическая литература по специальности 01.04.07 «Физика конденсированного состояния», имеющаяся в библиотеке и на кафедре ФТТиНС СамГУ:

1.  Физика металлов и металловедение (ФММ) с 1963 г.

2.  Поверхность с 1984 г.

3.  Успехи физических наук (УФН) с 1922 г.

4.  Журнал технической физики (ЖТФ) с 1990 г.

5.  Письма в журнал технической физики (ПЖТФ) с 1982 г.

6.  Журнал теоретической и экспериментальной физики (ЖЭТФ) с 1970 г.

7.  Письма в журнал теоретической и экспериментальной физики (ПЖЭТФ) с 1970 г.

8.  Физика и техника полупроводников с 1973 г.

9.  Металлы с 1974 г.

10.  Известия РАН. Серия физическая с 1936 г.

11.  Физика и химия обработки материалов (ФХОМ) с 1974 г.

12.  Физика твердого тела (ФТТ) с 1970 г.

13.  Научная электронная библиотека РФФИ (Elibrary).

14.  БД издательства ELSEVIER

15.  Oxford University Press

16.  Университетская библиотека ONLINE

17.  Университетская информационная система Россия.

3.3.2. Выявление информационных ресурсов в научной библиотеке СамГУ (сайт научной библиотеки СамГУ, URL: http://weblib. *****/level23.html) и сети Internet по следующим направлениям:

1.  Структура и динамика доменов и границ доменов в физике металлов.

2.  Диффузия в магнитном поле (постоянные, переменные).

3.  Ферромагнитные свойства железа и кобальта.

4.  Влияние магнитного поля на доменную структуру и намагниченность ферромагнетика.

5.  Влияние температуры и доменов на намагниченность ферромагнетика.

6.  Влияние состава на намагниченность ферромагнетика.

7.  Локальное взаимодействие в ферромагнетиках.

8.  Локальные магнитные моменты в сплавах.

9.  Фононы и магноны в ферромагнетиках.

10. Квантовая диффузия (теория).

11. Моделирование диффузионных процессов на ЭВМ.

12. Влияние пластической деформации на диффузию.

13. Электрические свойства дефектов (сопротивление постоянному току; вакансии, дислокации)

14. Магнитострикция Fe и Co сплавов при повышенных температурах.

15. Магнитопластический эффект.

16. Магнитные свойства наночастиц (в т. ч. и нанофаз, нанообъектов).

17. Взаимодействие дислокаций с дефектами (в т. ч. и с ПМП).

Итоговый контроль проводится в виде экзамена кандидатского минимума.

4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ

4.1. Программы пакета Microsoft Offiсe; ВидеоТест-Размер 5.0.

4.2. Компьютерное обеспечение.

По теме дисциплины для работы с демонстрационными и расчетными программами имеется три компьютера и кафедральный компьютерный класс (пять компьютеров), обеспеченные возможностью выхода в Интернет и в локальную сеть Самарского государственного университета, а также принтеры, сканеры и ксероксы.

5. Литература

5.1. Основная литература:

1.  Электронные свойства дислокаций в полупроводниках. Под редакцией академика . М.: Эдиториал УРСС, 2000. – 320 с.

2.  Электронная структура точечных дефектов. М.: Атомиздат, 1977. – 208 с.

3.  , , Петржик эффект: основные свойства и физические механизмы // Кристаллография. 2003. Т. 48. №5. С.838-867.

4. Моргунов микромеханика в физике пластичности // УФН. 2004. Т. 174. №2. С. 131-153.

5. Головин твердых тел // ФТТ. 2004. Т. 46. Вып.5. С. 769-803.

6. , Покоев бериллиевой бронзы БрБ-2 при старении в постоянном магнитном поле // Физика и химия обработки материалов. 2003. № 3. С. 18-25.

7. Дж. Кристиан. Теория превращений в металлах и сплавах. Ч. 1. Термодинамика и общая кинетическая теория. Пер. с англ. , . - Под ред. . – Москва: Мир. 1978. – 806с.

8. Любов теория фазовых превращений. Москва: Металлургия, 1969. – 263с.

9. Диффузионные изменения дефектной структуры твердых тел. Москва: Металлургия, 1985. – 206с.

10. , , и др. Диффузионные процессы в металлах под действием магнитных полей и импульсных деформаций (монография в двух томах). - М.: Изд-во «Машиностроение-1», Самара: Изд-во «Самарский университет», 2006. - Т. I (346 c.), т. II (320 c.).

5.2. Дополнительная литература:

1.  Диффузионные изменения дефектной структуры твердых тел. М., Металлургия, 1969. – 263 с.

2.  . Кинетическая теория фазовых превращений. М., Металлургия, 1985. – 206 с.

3.  Хачатурян фазовых превращений и структура твердых растворов. – М.: Наука, 1974. – 384 с.

4.  Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля : Учебное пособие для вузов : Пер. с англ. / Д. Брандон, У. Каплан.— М. : Техносфера, 2006 .— 384 с. : ил. — (Мир материалов и технологий) .— ISBN экз.).

5.  H. Мehrer . Diffusion in Solids. Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes. – Springer, 2008. – 651 p.

6.  Физикохимия поверхности : [учебник-монография для ун-тов] / .— Долгопрудный [М.] : Интеллект, 2008 .— 568 с. : ил. — ISBN -00экз.).

7.  К. Оура, , М. Катаяма. Введение в физику поверхности. Москва: Наука, 2006. – 490 с.

8.  Р. Хокни, Дж. Иствуд. Численное моделирование методом частиц. - Москва: Мир, 1987. – 638с.

9.  , , и др. Диффузионные процессы в металлах под действием магнитных полей и импульсных деформаций: в двух томах. – М.: Изд-во «Машиностроение-1»; Самара: Изд-во «Самарский университет», 2006. – 10 экз.

10.  Ньюкерк Дж. Б. Старение сплавов. – М.: Металлургиздат, 1962. – С

11.  Скаков старения в сплавах. – М.: Машиностроение, 1972. – 33 с.

12.  Чуистов металлических сплавов. – Киев: Наук. думка, 1985. – 230 с.

13.  , , Шабалин и кинетика фазовых превращений в металлах и сплавах. – М.: МИФИ, 1990. – 80 с.

14.  Старение сплавов. - Под. ред. . – М.: Металлургиздат, 1962. – 493 с.

15.  Захаров кинетика и спинодальный распад квазиравновесных твердых растворов// ФТТ.-2000.-T.42.- В.7. - С..

16.  , , . Влияние импульсного магнитного поля на диффузию алюминия в железе и параметры тонкой структуры железа. Известия РАН, 2007, т. 71, №12, с.

6. Учебно-методические материалы по дисциплине

1. Физика: Программы-минимум кандидатских экзаменов / Одобрено экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по физике при участии Московского государственного университета им. , Института физики металлов УрО РАН, ФИАН им. и Института металлургии им. Байкова РАН.

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

за___________/___________учебный год

В рабочую программу курса ОД. А.06, «ЭЛЕКТРОННО-СПИНОВЫЕ СВОЙСТВА ДЕФЕКТОВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ», цикл ОД. А.00 «Специальные дисциплины отрасли науки и научной специальности» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли по отрасли Физико-математические науки, специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния, вносятся следующие дополнения и изменения: