Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный университет им. »
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научной работе
_____________
«___»______________2016 г.
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению
Физика и астрономия. Физика конденсированного состояния
Омск 2016
Программа составлена доктором технических наук, профессором кафедры прикладной и медицинской физики
Программа утверждена на заседании кафедры прикладной и медицинской физики (протокол № ______ от «____» _________20 г.)
Заведующий кафедрой
Программа согласована и одобрена на заседании ученого совета физического факультета (протокол № ______ от «____» _________20 г.)
Декан ФФ
СОДЕРЖАНИЕ
Введенние
Физика конденсированного состояния и научно-технический прогресс. Методология.
1. Элементы кристаллографии
Кристаллические и аморфные тела. Трансляционная симметрия. Элементарная ячейка. Решетки Браве. Основные векторы трансляции и примитивная ячейка. Точечные и пространственные группы симметрии. Основные типы кристаллических структур. Обратная решетка. Индексы Миллера.
Типы межатомных связей в кристаллах. Ван-дер-ваальсово взаимодействие. Ковалентная связь. Ионная связь. Водородная связь. Металлические кристаллы. Энергия связи.
Дефекты в кристаллах. Точечные дефекты, их образование и миграция. Вакансии. Междоузельные атомы. Комплексы точечных дефектов. Стадии отжига дефектов. Дислокации в кристаллах – краевые, винтовые. Вектор Бюргерса. Энергия дислокаций. Плотность дислокаций. Образование и размножение дислокаций. Дефекты упаковки. Границы зерен и субзерен. Эффекты каналирования частиц и фокусировки атомных столкновений в кристаллических твердых телах. Распыление твердых тел при ионной бомбардировке. Влияние радиационных дефектов и термических воздействий на реальную структуру твердых тел.
2. Упругие свойства кристаллов
Тензоры напряжения и деформации. Упругость, модули упругости. Плотность упругой энергии. Внутреннее трение. Пластичность кристаллов. Предел текучести. Механизмы пластической деформации. Упрочнение. Способы повышения прочности материалов.
3. Энергетический спектр кристалла
Описание энергетического состояния кристаллов при помощи газа квазичастиц. Примеры квазичастиц. Фононы. магноны, экситоны. плазмоны и др. Электроны в металле как квазичастицы. Закон дисперсии. Плотность состояний. Статистика газа квазичастиц. Бозоны и фермионы. Взаимодействие квазичастиц.
Колебания решетки и фононы. Закон дисперсии в решетке из одинаковых атомов. Колебания двухатомной решетки и закон дисперсии. Акустическая и оптическая ветви колебаний. Теплоемкость решетки. Дебаевская частота. Ангармонизм и тепловое расширение. Теплопроводность твердых тел.
Электронные состояния в кристаллах. Приближение сильной и слабой связи. Зонная модель твердых тел. Метод эффективной массы. Классификация кристаллов по свойствам в рамках зонной теории: диэлектрики, полупроводники, металлы и полуметаллы. Электронная теплоемкость, поверхности Ферми. Электроны и дырки.
4. Термодинамика и фазовые переходы
Равновесие фаз. Равновесие в термодинамических системах и правило фаз. Диаграмма равновесия.
Фазовые переходы I и II рода. Кинетика фазовых превращений. Флуктуации в термодинамических системах.
Диффузия. Механизмы диффузии. Законы Фика. Радиационно-стимулированная диффузия.
5. Оптические свойства твердых тел
Механизм поглощения фотонов. Поглощение свободными носителями. Решеточное поглощение. Многофотонные процессы. Комбинационное рассеяние света в кристаллах. Поглощение связанными носителями. Межзонные прямые и непрямые переходы.
Люминесценция. Времена жизни возбуждений флюоресценции. Безизлучательные переходы. Квантовый выход люминесценции
6. Кинетические эффекты в твердых телах
Кинетическое уравнение. Электро - и теплопроводность. Времена релаксации. Механизм рассеяния электронов. Рассеяние на примесях и дефектах. Электрон-фононные столкновения. Нормальные процессы и процессы переброса. Магнитосопротивление и эффект Холла.
7. Диэлектрики
Эффективное поле. Электронная, ионная и дипольная поляризация. Пироэлектрики и сегнетоэлектрики. Электрический гистерезис. Сегнетоэлектрические домены. Пьезоэлектрики.
8. Магнитные свойства материалов
Диамагнитизм, парамегнетизм и ферромагнетизм. Ферромагнитные домены. Спиновый парамагнетизм. Закон Кюри.
9. Сверхпроводимость
Основные свойства сверхпроводников. Эффект Мейснера. Сверхпроводники I и II рода. Вихри и вихревые структуры. Основы микроскопической теории. Энергетическая щель и квазичастицы в сверхпроводниках. Туннельный эффект. Эффект Джозефсона. Высокотемпературная сверхпроводимость.
10. Методы исследования структуры твердых тел
Ренггенография. Электронография. Электронная микроскопия (просвечивающая и растровая). Сканирующая зондовая микроскопия. Нейтронография: упругое и нeyпpугое рассеяние. Спектроскопия обратного рассеяния Резерфорда. Исследование магнитных структур и фононных спектров. Эффект Мессбауэра. Электронный парамагнитный резонанс. Ядерный магнитный резонанс. Электрические и гальваномагнитные измерения как методы изучения электронной структуры кристаллов. Оптические методы исследования.
Основная литература
1. . Физика твердого тела. Учебное пособие. 4-е изд., стереотип. М.: Лань, 2011. – 288 с.
2. , Хохлов твердого тела. Учебник. 3-е изд. М.: Высшая школа, 2000. – 493 с.
3. , Осауленко твердого тела для инженеров:
Учебное пособие. Издание 2-е. М., Техносфера, 2012. – 560 с.
4. И., П., П. Основы физики твёрдого тела. — М.: Издательство Физико-математической литературы, 2001. — 336 с.
Дополнительная литература
1. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. – 792 с.
2. Физика твёрдого тела: В двух томах. – М.: Мир, 1979. – 399 с.
3. Теория твердого тела. – М.: Мир, 1972. – 616 с.
4. Физика твердого тела. – М. : Наука, 1985. – 184 с.
