Физика металлов и электронные явления

Бакалавриат 2020/2021

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра физики низких температур Института физических проблем им. П.Л. Капицы РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 4-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Смирнов Александр Иванович

Язык: русский

Кредиты: 7

Контактные часы: 48

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Курс “Физика металлов и электронные явления” знакомит студентов с основными представлениями теории нормальных металлов и основными экспериментальными методами исследования металлов и электронных систем. Изложение содержит описание ферми-жидкостного подхода и электронных спектров, полученных на основе одночастичных волновых функций. Будут описаны основные транспортные, термодинамические и высокочастотные свойства нормальных металлов, методы исследования электронных спектров. Анализируются особенности транспортных свойств мезоскопических и двумерных электронных систем.

Цель освоения дисциплины

формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных теоретических представлений о физике металлов и электронных систем
формирование навыков расчета основных параметров электронных систем
ознакомление студентов с основными экспериментальными фактами, лежащими в основе физики металлов
ознакомление с экспериментальными методиками исследования металлов и электронных систем

Планируемые результаты обучения

формирование навыков расчета основных параметров электронных систем в модели свободных электронов
ознакомление с экспериментальными методиками исследования металлов и электронных систем
ознакомление студентов с основными экспериментальными фактами и теоретическими представлениями, лежащими в основе физики металлов
ознакомление с экспериментальными методиками исследования металлов и электронных систем в магнитном поле
формирование представлений о возможном виде спектра электронов и формы поверхности Ферми в кристаллах
ознакомление с квантовыми эффектами в физике металлов, способами их экспериментального наблюдения и теоретического описания
формирование представления об особенностях поведения металлов в высокочастотном электромагнитном поле
формирование представления о термоэлектрических эффектах в металле, методах описания этих эффектов

Содержание учебной дисциплины

Модель свободных электронов
Тема 1.1 Электрон в периодическом потенциале. Теорема Блоха. Приближения сильной и слабой связи. Квазиимпульс. Уравнение движения в электрическом поле. Тема 1.2. Ансамбль электронов. Распределение Ферми. Фермиевская скорость. Плотность состояний. Теплоемкость газа свободных электронов. Парамагнетизм Паули. Экранирование заряда. Тема 1.3. Зонная теория металлов. Электрон-электронные столкновения. Энергетические зоны. Электроны и дырки. Построение Харрисона поверхностей Ферми. Переходы Мотта и Пайерлса.
Транспортные свойства металлов.
Тема 2.1 Проводимость металлов. Кинетическое уравнение. Тау-приближение. Рассеяние электронов на примесях и фононах. Оценки вероятности рассеяния. и величины проводимости. Температурная зависимость проводимости и сопротивления.
Гальваномагнитные эффекты. Исследование поверхности Ферми
Тема 3.1 Гальваномагнитные эффекты. Вид тензоров сопротивления и проводимости в магнитном поле. Эффект Холла. Открытые и закрытые траектории. Магнитосопротивление чистых металлов в слабом и сильном поле. Компенсированные металлы. Тема 3.2 Исследование поверхности Ферми. Экспериментальные методы исследования поверхности Ферми. Эффекты де-Гааза-ван-Альфена и Шубникова - де-Гааза, квазиклассическое рассмотрение. Циклотронный резонанс. Радиочастотный размерный эффект. Затухание ультразвука в магнитном поле. Ферми- поверхности щелочных и благородных металлов, олова, индия.
Интерференционные эффекты в проводимости. Квантовый эффект Холла.
Тема 4.1 Интерференционные эффекты в проводимости. Интерференционные эффекты в проводимости. Слабая локализация. Андерсоновская локализация. Мезоскопические эффекты. Осцилляции сопротивления неодносвязных образцов магнитном поле. Тема 4.2 Интерференционные эффекты в проводимости. Квантовый эффект Холла. Основные понятия и экспериментальные факты. Условия наблюдения квантового эффекта Холла, основные наблюдаемые параметры и метрологическая значимость квантового эффекта Холла
Высокочастотные свойства металлов. Термоэлектрические явления.
Тема 5.1 Скин-эффект, электромагнитные волны в металлах. Плазменная частота. Нормальный и аномальный скин-эффект. Концепция эффективноой длины свободного пробега. Геликоны. Магнито-плазменные волны. Тема 5.2 Термо-э.д.с. и эффект Пельтье. Принцип Онзагера симметрии кинетических коэффициентов. Термоэлектродвижущая сила и эффект Пельтье. Связь коэффициентов Пельтье и термоэлектродвижущей силы.

Элементы контроля

контрольная работа 1
Контрольная работа включает письменное решение трех задач в выбранном каждым студентом билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часов.
контрольная работа 2
Контрольная работа включает письменное решение трех задач в выбранном каждым студентом билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часов.
Экзамен
Проводится в устной форме. Билет содержит 2 вопроса.
Домашние работы и работа на семинаре

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.2 * Домашние работы и работа на семинаре + 0.15 * контрольная работа 1 + 0.15 * контрольная работа 2 + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины

Программа дисциплины

Программа дисциплины

Аннотация

Цель освоения дисциплины

Планируемые результаты обучения

Содержание учебной дисциплины

Элементы контроля

Промежуточная аттестация

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

Рекомендуемая дополнительная литература