Бакалавриат
2020/2021![Цель освоения дисциплины](/f/src/global/i/edu/objectives.svg)
![Планируемые результаты обучения](/f/src/global/i/edu/results.svg)
![Содержание учебной дисциплины](/f/src/global/i/edu/sections.svg)
![Элементы контроля](/f/src/global/i/edu/controls.svg)
![Промежуточная аттестация](/f/src/global/i/edu/intermediate_certification.svg)
![Список литературы](/f/src/global/i/edu/library.svg)
Физика металлов и электронные явления
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
Программа дисциплины
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 электроновТема 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 ФермиТема 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 1Контрольная работа включает письменное решение трех задач в выбранном каждым студентом билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часов.
- контрольная работа 2Контрольная работа включает письменное решение трех задач в выбранном каждым студентом билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часов.
- ЭкзаменПроводится 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
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Курс теоретической физики. Статистическая физика - Издательство "Физматлит" - 2001 - 616с. - ISBN: 978-5-9221-0054-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2230
- Основы теории металлов, Абрикосов, А. А., 1987
- Основы теории металлов, Абрикосов, А. А., 2010
- Теоретическая физика. Т. 5: Статистическая физика: Ч. 1, Ландау, Л. Д., 2013
Рекомендуемая дополнительная литература
- Sasaki, S. (2016). Theory of the Integer and Fractional Quantum Hall Effects. Hauppauge, New York: Nova Science Publishers, Inc. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1345699