Рабочая программы дисциплины

Квантовые кооперативные явления в твердых телах

Спецкурс кафедры физики низких температур и сверхпроводимости, обязательный, для 120м группы, 2й семестр, 72 часа, экзамен.

Лектор.

К. ф.-м. н., доцент , кафедра физики низких температур и сверхпроводимости физического факультета МГУ, *****@***phys. msu. ru, +7-495-9393825

Аннотация дисциплины.

Курс «Квантовые кооперативные явления в твердых телах» представляет собой обзор круга явлений в твердых тел при низких температурах, связанных с реализацией в них основного упорядоченного состояния: сверхтекучесть, сверхпроводимость, магнетизм, волна зарядовой плотности. Эти явления, за исключением сверхтекучести, разыгрываются в твердых телах, образованных одинаковыми, а чаще разными, атомами. Имея базовые представления о свойствах атомов, можно продвигаться к пониманию их взаимодействий и, в конечном счете, выйти на тот рубеж, где макроскопические явления связываются с микроскопическим строением вещества. На этом рубеже и находится современная физика. В рамках курса студенты знакомятся с характеристиками квантовых основных состояний в рамках единого подхода – формирование упорядоченного состояния фазовым переходом второго рода, поведение системы в основном состоянии, Бозе-Эйнштейновская конденсация возбуждений при понижении температуры или под действием магнитного поля.

План курса.

Введение

Обзор достижений в понимании квантовых кооперативных состояний за сто лет со времени получения жидкого гелия. Современные представления о единстве подходов к сверхпроводимости, сверхтекучести, магнетизму.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Раздел 1. Квантовые газы и кристаллы.

Особенности основного состояния в 4Не. Эксперименты Капицы, Кеезома, Аллена. Сверхтекучесть как Бозе-Эйнштейновская конденсация. Уравнения Ландау-Тиссы, двухскоростная гидродинамика. Вращение сверхтекучего гелия. Критические частоты. Вихревая решетка. Эксперименты Кима и Чена по вращению твердого 4Не. Суперсолидность в квантовых кристаллах. Сверхтекучесть 3Не. Эксперименты Ли, Ричардсона, Ошерова. Идея Леггетта о спонтанном нарушении спин-орбитальной симметрии. Сравнение поведения 3Не и ферромагнетиков

Раздел 2. Сверхпроводники

Уравнение Гинзбурга-Ландау, идеи Бардина, расчет Купера. Микроскопическая теория сверхпроводимости. Основные свойства сверхпроводников. Эффект Мейснера. Сверхпроводники первого и второго рода. Туннельные явления в сверхпроводниках. Диборид магния. Сверхпроводимость пниктидов. Высокотемпературная сверхпроводимость в купратах. Железные сверхпроводники. Сверхпроводимость под давлением.

Раздел 3. Магнитные состояния вещества

Носители магнетизма в твердых телах. Парамагнетизм и диамагнетизм. Взаимодействие магнитных моментов. Спонтанное нарушение симметрии при упорядочении магнитной подсистемы. Кооперативные возбуждения. Квантовые модели Изинга и Гейзенберга. Эффекты ближнего и дальнего порядка. Магнитный димер. Бозе-Эйнштейновская конденсация магнонов.

Раздел 4. Зарядовое упорядочение

Зарядовое упорядочение и магнетизм по модели Вервея. Двойной обмен. Фазовое расслоение в манганитах лантана. Формирование немагнитного основного состояния за счет зарядового упорядочения в квазидвумерных магнетиках. Волна зарядовой плотности. Магнитные соединения с разновалентными ионами: смешанные оксиды железа и марганца.

Список литературы

    Введение в физику твердого тела, Ч. Киттель, «Наука», М., 1978 Природа магнетизма, М. Каганов, В. Цуккерник, «УРСС», М., 2008
    Магнетохимия, Р. Карлин, «Мир», М., 1989. Теория твердого тела, У. Харрисон, «Мир», М., 1972. Принципы теории твердого тела, Дж. Займан, «Мир», М., 1974. Термодинамика, т.1, И. Квасников, «УРСС», М., 2002
    Магнетизм, С. Вонсовский, «Наука», М., 1971 Физика редкоземельных соединений, К. Тейлор, М. Дарби, «Мир», М., 1974. Введение в сверхпроводимость, М. Тинкхам, «Атомиздат», М., 1980 г. Введение в физику сверхпроводимости. А. Роуз-Инс, Е. Родерик, «Мир», М., 1972. Эксперимент. Теория. Практика. , «Наука», М., 1981.

--------------------------------------

    О Гинзбурге-Ландау и немного о других. , Успехи физических наук, т. 180, № 11, с. 1231 (2010). Сверхпроводники второго рода и вихревая решетка. , Успехи физических наук, т. 174, № 11, с. 1234 (2004). О сверхпроводимости и сверхтекучести (что мне удалось сделать, а что не удалось), а также о «физическом минимуме» на начало XXI века. ,  Успехи физических наук, т. 174, с. 1240 (2004) Сверхтекучий 3Не: ранняя история глазами теоретитка. ж., Успехи физических наук, т. 174, № 11, с. 1257 (2004). Сверхтекучесть в 3Не: открытие и понимание. , Успехи физических наук, т. 167, № 12, с. 1327 (1997). Эффект Померанчука. , Успехи физических наук, т. 167, № 12, с. 1340 (1997). Бозе-эйнштейновская конденсация в разреженном газе. Первые 70 лет и несколько последних экспериментов.  , , Успехи физических наук, т. 173, с. 1339 (2003) Когда атомы ведут себя как волны. Бозе-эйнштейновская конденсация и атомный лазер. Успехи физических наук, т. 173, с. 1320 (2003) Управление нейтральными частицами. Чу С., Успехи физических наук, т. 169б с. 274 (1999) Управление атомами с помощью фотонов. Коэн-, Успехи физических наук, т.  169, с. 292 (1999) Лазерное охлаждение и пленение нейтральных атомов. ,  Успехи физических наук, т. 169, с. 305 (1999) Оксиды перовскитного типа — новый подход к высокотемпературной сверхпроводимости. , , Успехи физических наук, т. 156, с. 323 (1988) Загадки магнетита. Соросовский образовательный журнал, 2000

(http://window. edu. ru/resource/122/21122/files/0004_071.pdf)

    Происхождение, развитие и перспективы спинтроники. А. Ферт. Успехи физических наук, т. 178, № 12, с. 1336 (2008). От спиновых волн к гигантскому магнетосопротивлению и далее. Успехи физических наук, т. 178, № 12, с. 1349 (2008).  Гигантское магнитосопротивление. , Соросовский образовательный журнал, 2004 (http://window. edu. ru/window/library/pdf2txt? p_id=4435)

Манганиты лантана и другие магнитные полупроводники с гигантским магнитосопротивлением. , Успехи физических наук, т. 166, № 8, с. 833 (1996).