Физика частично упорядоченных сред

2024/2025

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

5

Кредиты

Кто читает:

Базовая кафедра физики конденсированных сред Института физики твердого тела РАН

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

4-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватель

Долганов Павел Владимирович

Программа дисциплины

Аннотация

Курс лекций посвящен одному из актуальных направлений современной науки - физике частично упорядоченных сред. Объектами исследований в данной области являются конденсированные среды, занимающие по своему упорядочению промежуточное положение между обычными кристаллами и изотропными жидкостями. Примерами частично упорядоченных сред являются жидкие кристаллы, пластические кристаллы, полимеры, коллоиды. В рамках курса рассматриваются свойства различных частично упорядоченных сред. Излагаются микроскопические и феноменологические подходы к рассмотрению различных явлений в данной области физики. Описываются экспериментальные методы исследования частично упорядоченных сред, существующие в настоящее время и потенциально возможные практические приложения.

Цель освоения дисциплины

• Изучение конденсированные среды, занимающие по своему упорядочению промежуточное положение между обычными кристаллами и изотропными жидкостями. Примерами таких частично упорядоченных сред являются жидкие кристаллы, пластические кристаллы, полимеры, коллоиды. Излагаются микроскопические и феноменологические подходы к рассмотрению различных явлений в данной области физики. Описываются экспериментальные методы исследования частично упорядоченных сред, а также существующие в настоящее время и потенциально возможные практические приложения.

Планируемые результаты обучения

• Применяет физические методы теоретического и экспериментального исследования, методы математического анализа и моделирования для постановки задач по развитию, внедрению и коммерциализации новых наукоемких технологий.
• Проводит научные эксперименты и/или теоретические (аналитические и имитационные) исследования для их решения поставленных профессиональных задач
• Анализирует, верифицирует, оценивает полноту информации в ходе профессиональной деятельности, при необходимости восполнять и синтезировать недостающую информацию.

Содержание учебной дисциплины

• Классификация частично упорядоченных конденсированных сред
• Фазовые переходы в частично упорядоченных конденсированных средах
• Фазовые переходы II рода. Различные подходы к описанию фазовых переходов. Теория Ландау – Гинзбурга – де Жена.
• Фазовые переходы I рода в частично упорядоченных средах. «Слабые» фазовые переходы I рода. Метастабильные состояния. Трикритическая точка. Переходы во внешнем поле. Образование зародышей. Критический радиус.
• Молекулярно-статистические теории упорядочения. Переход нематик – изотропная жидкость. Теория Онсагера. Теория самосогласованного поля Майера – Заупе. 7. Модель Изинга. Структуры, образованные в результате конкурирующих взаимодействий, фрустрации.
• Хиральность. Особенности структуры и упорядочения, связанные с нарушением зеркальной симметрии. Полимеры. Фрактальная размерность полимеров. Биополимеры. Амфифильные молекулы. Мицеллы, лиотропные жидкие кристаллы.
• Поведение жидкокристаллических термотропных и полимерных структур во внешнем поле.
• Дефекты с нарушением трансляционного или ориентационного упорядочения в конденсированных средах. Топологические характеристики дефектов. Точечные топологические дефекты. Топологический заряд. Взаимодействие топологических дефектов.
• Влияние поверхности на структуру и фазовые переходы. Системы ограниченной геометрии. Поверхностное и объёмное плавление, поверхностная и объёмная кристаллизация. Послойные переходы утоньшения. Стабильность тонких пленок.
• Фотонные кристаллы. Примеры фотонных кристаллов, фотонные кристаллы в живой природе. Взаимодействие света с пространственно модулированной структурой. Дисперсия фотонов. Запрещенные фотонные зоны.
• Взаимодействие и самоорганизация частиц в частично упорядоченной среде. Топологические диполи и квадруполи. Образование упорядоченных структур из частиц.

Элементы контроля

• Контроль работы на занятиях
  Контроль работы на занятиях в формате решения задач и оцениваемой активности на семинаре.
• Экзамен
  Устный экзамен является блокирующим элементом (неудовлетворительная оценка за экзамен означает неудовлетворительную оценку за курс в целом). Устный экзамен в формате ответа по билетам
• Домашнее задание
  Сдача домашнего задания предполагается на 12 неделе.

Промежуточная аттестация

• 2024/2025 2nd module
  0.3 * Домашнее задание + 0.1 * Контроль работы на занятиях + 0.1 * Контроль работы на занятиях + 0.5 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Общий курс физики. Оптика : учеб. пособие, Сивухин, Д. В., 1985

Рекомендуемая дополнительная литература

• Теоретическая физика. Т.9: Статистическая физика: Ч. 2: Теория конденсированного состояния, Лифшиц, Е. М., 2015

Авторы

• Долганов Павел Владимирович
• Поварова Любовь Ивановна