Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор
_____________
«___» _______________ 2014
Программа
вступительного экзамена в аспирантуру
по специальности
01.04.07 Физика конденсированного состояния
Гродно 2014
Авторы-разработчики:
, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры теоретической физики
, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой теоретической физики
Рецензенты
, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры информационных систем и технологий (внутренняя рецензия)
Клинцевич Станислав Иванович, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры медицинской и биологической физики УО “Гродненский государственный медицинский университет”
Программа рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании
кафедры теоретической физики
(протокол № ___ от _________2014 г.)
Рекомендована к утверждению на заседании учебно-методической комиссии по специальностям физико-технического факультета
(протокол № ___ от _________2014 г.)
Рекомендована к утверждению на заседании Совета физико-технического факультета
(протокол № ___ от _________2014 г.)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Физика конденсированного состояния, известная ранее как физика твердого тела, является одним из самых быстро развивающихся разделов современной физики. Достаточно сказать, что за последние 20 лет в физике конденсированного состояния были открыты новые типы веществ, такие как квазикристаллы, фуллерены, фракталы. Большое внимание в настоящее время уделяется такому разделу физики конденсированного состояния как нанофизика. Физика конденсированного состояния тесно связана со всеми разделами физики: термодинамикой, статистической физикой, электродинамикой, оптикой и др. одной из важнейших задач современной техники является создание веществ с требуемыми для решения конкретных производственных задач свойствами. Теоретический и экспериментальный аппарат для решения этих задач заложен в физике конденсированного состояния.
В результате изучения дисциплины «Физика конденсированного состояния» студенты должны знать:
-законы кристаллофизики;
- типы связей в кристаллах;
- фононы и колебания решетки;
уметь:
- строить точечные группы по элементам-генераторам
СОДЕРЖАНИЕ
1. Кристаллическая решетка, фононы.
1.1. Простые и сложные кристаллические решетки. Прямая и обратная решетки кристалла. Зоны Бриллюэна.
1.2. Природа сил взаимодействия атомов в кристалле. Колебания и волны в простой решетке. Нормальные координаты, фононы. Взаимодействие фононов.
1.3 Тепловые свойства решетки. Теплоемкость кристаллов по Эйнштейну. Теория Дебая. Фононы. Тепловое расширение и теплопроводность, параметр Грюнайзена.
1.4. Тепловое расширение и теплопроводность диэлектриков, параметр Грюнайзена. Решеточная теплопроводность. Ангармонические эффекты. Нормальные процессы и процессы переброса.
2. Электронные состояния.
2.1. Электрон в периодическом поле. Теорема Блоха. Приближение почти свободных и сильносвязанных электронов.
2.2. Металлы, диэлектрики и полупроводники.
2.3. Локализованные состояния электрона в кристалле. Функции Ванье. Движение электрона в поле примеси. Экситоны. Поляроны.
2.4. Статистическое равновесие свободных электронов в металлах и полупроводниках. Поверхность Ферми. Плотность состояний. Концепция квазичастиц. Ферми-жидкость.
2.5. Полупроводниковые кристаллы, собственная и примесная проводимость. Полупроводниковые приборы.
3. Неупорядоченные системы.
3.1. Точечные дефекты кристаллической решетки. Статистика дефектов. Процессы рекомбинации на дефектах решетки.
3.2. Локализованные состояния электрона в неидеальной решетке. Длина локализации. Плотность состояний.
4. Кинетические свойства металлов и полупроводников.
4.1. Проводимость и теплопроводность. Концепция длины свободного пробега.
4.2. Процессы рассеяния: рассеяние на примесях, рассеяние на фононах.
Процессы переброса.
4.3. Гальваномагнитные свойства. Эффект Холла в слабом и сильном магнитных полях.
4.4. Термомагнитные и термоэлектрические явления. Термоэдс. Эффект Пельтье. Эффект Томсона.
5. Оптические свойства.
5.1 Поляризация света и ее виды. Поляризаторы для плоско поляризованного и циркулярно-поляризованного света. Закон Малюса. Степень поляризации. Вращение плоскости поляризации оптически активными.
5.2. Интерференция света, условия наблюдения интерференции для оптической разности хода и разности фаз. Получение когерентных волн (бизеркала, бипризма Френеля, метод Юнга, метод Ллойда). Интерференция в тонких пленках: виды, теория и применение.
5.3. Дифракция света и ее виды. Принцип Гюйгенса-Френеля и теория зон Френеля. Зонные пластинки. Дифракционная решетка и ее параметры. Дифракционная природа изображений.
5.4. Нормальная и аномальная дисперсия света. Электронная теория дисперсии, следствия. Связь диэлектрической проницаемости и показателя преломления среды.
5.5 Дисперсия и поглощение света кристаллами.
5.6.Оптические свойства металлов и полупроводников.
5.7. Межзонные переходы. Поглощение света свободными носителями.
6. Диамагнетизм и парамагнетизм.
6.1. Магнитное поле, индукция и напряженность. Магнетики и их классификация. Теория Кюри-Ланжевена намагничивания и температурной зависимости магнитной проницаемости диа - и парамагнетиков.
6.2. Электромагнитная индукция и самоиндукция. Закон Фарадея в интегральной и дифференциальной формах, правило Ленца. Индуктивность соленоида. Энергия магнитного, электромагнитного поля. Плотность потока энергии электромагнитного поля, вектор Умова-Пойнтинга.
6.3. Полная система уравнений Максвелла, как обобщение основных законов электромагнетизма, анализ уравнений. Ток смещения, векторный потенциал. Уравнение Пуассона для векторного потенциала.
6.4. Диамагнетизм и парамагнетизм.
6.5. Макроскопическая и микроскопическая теория диэлектрических свойств. Механизмы поляризации в диэлектриках.
6.6 Намагниченность и восприимчивость. Восприимчивость диэлектриков с полностью заполненными оболочками. Ларморовский диамагнетизм.
6.7. Правила Хунда. Парамагнетизм.
6.8. Восприимчивость металлов. Парамагнетизм Паули. Диамагнетизм Ландау.
6.9. Магнитные свойства двухэлектронной системы. Синглетные и триплетные состояния. Спиновый Гамильтониан, и модель Гейзенберга.
6.10. Прямой обмен, сверхобмен, косвенный обмен и обмен между делокализованными электронами.
6.11. Типы магнитных структур. Основное состояние Гейзенберговского ферромагнетика. Спиновые волны. Домены.
7. Сверхпроводимость.
7.1. Эффективное взаимодействие между электронами. Куперовские пары. 7.2. Основное состояние сверхпроводника и спектр элементарных возбуждений. Температура сверхпроводящего перехода.
7.3. Уравнение Гинзбурга-Ландау. Сверхпроводники первого и второго рода. Длина когерентности и глубина проникновения. Термодинамическое критическое поле. Верхнее и нижнее критические поля.
8. Физика наноструктур.
8.1. Металлические кластеры.
8.2. Фуллерены и нанотрубки.
8.3. Графен.
8.4.Квантовые точки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Н. Ашкрофт. Н. Мермин. Физика твердого тела. Мир, 1979.
2. . Основы теории металлов. М.: Наука,1987.
3. , Введение в теорию полупроводников. М.: Наука, 1978.
4. М. Тинкхам. Введение в сверхпроводимость, М.:,Мир, 1980.
5. , , Статистическая физика, ч. 1,2, М.: Наука, 1978.
6. О. Маделунг, Физика твердого тела: Локализованные состояния, ч.2, М.: Наука, 1978.
7. А. Брус, Р. Каули. Структурные фазовые переходы. М.: Мир, 1984.
8. Ч. Киттель, Введение в физику твердого тела М.:, Наука, 1978.
9. , Введение в физику твердого тела. М.: Изд. МГУ, 1984.
10. -Бруевич, , Физика полупроводников. М.: Наука, 1990.
11. , , Основы кристаллофизики. М.: Наука, 1979.
12. Дж. Блейкмор, Физика твердого тела. М.: Мир, 1988.
13. А. Роуз-Инс, Е. Родерик, Введение в физику сверхпроводимости. М.: Мир, 1972.
14. , Шумай мощного лазерного излучения. М.: Наука. 1991.
15. , Физика твердого тела. СП-б, Невский диалект, 2004.
16. . Металлополимерные нанокомпозиты: особенности структуры, технология, применение: монография/ [и др.]; под науч. ред. , .-Гродно: ГГАУ, 2010.-336с.
