Основы современной физики: введение в физику твердого тела

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Факультет физики

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 3-й курс, 4 модуль

Формат изучения: с онлайн-курсом

Преподаватели: Глазков Василий Николаевич, Сосин Сергей Сергеевич

Язык: русский

Кредиты: 2

Контактные часы: 40

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями изучения дисциплины являются: ● знакомство студентов с основными концепциями физики твердого тела (основы кристаллографии, коллективные степени свободы в кристаллах и их квантование, особенности поведения электронов внутри твёрдого тела); ● знакомство студентов с применяемыми в этой области физики методами исследования; ● овладение методами решения задач, описания физических явлений. Необходимыми для изучения дисциплины пререквизитами являются: ● квантовая механика ● термодинамика Курс изучается с использованием онлайн-компоненты. Включенной в курс онлайнкомпонентой является курс MIT на платформе EDX "Structure of Materials, Part 1: Fundamentals of Materials Structure" https://www.edx.org/course/structure-of-materials-part-1- fundamentals-of-materials-structure. Онлайн компонента изучается самостоятельно до начала курса, наличие сертификата об успешном освоении онлайн компоненты учитывается при формировании итоговой оценки.

Цель освоения дисциплины

Целями изучения дисциплины являются: ● знакомство студентов с основными концепциями физики твердого тела (основы кристаллографии, коллективные степени свободы в кристаллах и их квантование, особенности поведения электронов внутри твёрдого тела); ● знакомство студентов с применяемыми в этой области физики методами исследования; ● овладение методами решения задач, описания физических явлений. Необходимыми для изучения дисциплины пререквизитами являются: ● квантовая механика ● термодинамика

Планируемые результаты обучения

знать основы кристаллографии и у меть решать задачи на данную тему
уметь применять модель Дебая для решения задач
знать и уметь применять теорию парамагнетизма Паули для решения задач
уметь определять закон дисперсии для электронов в приближении сильной и слабой связи.
уметь оценить проводимость и теплопроводность металлов и диэлектриков
знает строение полупроводников
знает о следствиях возникновения туннельных эффектов в сверхпроводниках
умеет оценить условия возникновения двумерного электронного газа в гетероструктуре
знает о существовании молекулярного поля и может оценить спиновые волны

Содержание учебной дисциплины

Основы кристаллографии. Колебания атомов в кристалле. Фононы, спектр фононов.
Теплоемкость кристаллов. Модель Дебая
Идеальный ферми-газ. Энергия и импульс Ферми. Теплоёмкость идального ферми-газа. Парамагнетизм Паули
Электроны в кристалле.
Теорема Блоха. Закон дисперсии для электронов в приближении сильной и слабой связи. Динамическая эффективная масса. Связь заполнения зон с электрическими свойствами.
Кинетика электронов и фононов в кристалле. Проводимость и теплопроводность металлов и диэлектриков.
Полупроводники. Электроны и дырки в полупроводнике.
Зонные диаграммы контакта полупроводников. p-n переход и гетеростуктуры. Формирование двумерного электронного газа в гетероструктуре
Основы сверхпроводимости.
Эффект Мейснера, спектр элементарных возбуждений сверхпроводника, туннельные эффекты в сверхпроводниках
Основы физики магнетиков. Модель молекулярного поля. Спиновые волны

Элементы контроля

Экзамен
Экзамен проводится в форме письменной контрольной работы по всем темам курса. Длительность контрольной работы 3 часа.
Домашние задания
Регулярные домашние задания решаются каждую неделю, содержат 5-6 задач по теме курса. Задания сдаются строго в установленные сроки.
Текущее тестирование
Еженедельные тесты после лекции для контроля усвоения материала. Проводятся с использованием системы LMS

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
Оценка складывается из оценки за регулярные тесты (Т), домашние задания (ДЗ) и обязательный письменный экзамен (Э). Итоговая оценка рассчитывается по формуле: ИО=0,49ДЗ+0,21Т+0,3Э. Курс включает онлайн-компоненту, если онлайн компонента не освоена, итоговая оценка не может быть выше 8.

Программа дисциплины