Физика металлов

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра физики конденсированных сред Института физики твердого тела РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 4-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Трунин Михаил Рюрикович

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 48

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

В семестровом курсе «Физика металлов» изучаются фундаментальные основы физики твердого тела и электронных свойств проводников. Курс логически выстроен от классической модели динамики электронов с момента их открытия, через квантовую механику к фермистике с учетом механизмов рассеяния электронов и к методам определения параметров Ферми-поверхностей. Курс «Физика металлов» является базовой (исходной) дисциплиной, предваряющей изучение современных аспектов физики конденсированных сред.

Цель освоения дисциплины

формирование у студентов профессиональных компетенций в области физики конденсированных сред
приобретение студентами навыков самостоятельной работы
формирование подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих проводить научные исследования и анализировать полученные результаты
развитие умений, позволяющих развивать качественные и количественные физические модели электронных процессов в твердых телах

Планируемые результаты обучения

Знать типы твёрдых тел, физическое различие между металлами и диэлектриками
Уметь описывать электрические и гальваномагнитные явления в металлах в рамках модели почти свободных электронов
Знать кинетику и динамику электронов в кристалле, понимать происхождение электронных энергетических зон и понимать их связь с электрическими и тепловыми свойствами материала
Уметь пользоваться полученными знаниями для решения экспериментальных и теоретических задач, делать качественные выводы при получении новых результатов исследований, производить оценки параметров и характеристик материалов
Уметь применять представления о кинетике и динамике электронов в кристалле для описания свойств материалов
Изучить методы постановки и моделирования физических задач по физике конденсированных сред; критической оценки применимости используемых методов; анализа результатов, получаемых в ходе научно-исследовательской работы
Понимать особенности поведения металлов в высокочастотном поле. Знать связь возникающих в этих условиях эффектов с параметрами поверхности Ферми металлов
Знать особенности распространения электромагнитных волн в металлах

Содержание учебной дисциплины

первоначальные теории металлов Друде и Зоммерфельда
электропроводность и теплопроводность металлов - закон Видемана-Франца
свойства электронного газа в основном состоянии; поверхности Ферми металлов
кинетическое уравнение, интеграл столкновений, приближение времени релаксации; следствия кинетического уравнения - электрические и гальваномагнитные явления
процессы рассеяния; связь сечения рассеяния и вероятности рассеяния при упругом рассеянии, транспортное время релаксации, малоугловое рассеяние и его связь с диффузией электронов по поверхности Ферми, рассеяние на фононах, формула Блоха-Грюнайзена
плотность состояний, металлы в постоянном магнитном и переменном полях
высокочастотные эффекты в металлах; методы измерений параметров Ферми-поверхности
распространение электромагнитных волн в металлах

Элементы контроля

Контрольная работа 1
выполняется в конце 1 модуля
Контрольная работа 2
выполняется в конце второго модуля
Экзамен
Проводится в конце 2-го модуля. Проводится устно в формате беседы по программе курса. Билет содержит 2 вопроса.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
Оценки по всем формам контроля выставляются по 10-ти балльной шкале. Текущий контроль предусматривает две контрольные работы, выполняемые в конце 1-го и 2-го модулей соответственно. Контрольная работа включает письменное решение трех задач в билете по темам пройденного материала в течение 1 часа. Итоговый контроль: экзамен в конце 2-го модуля. Проводится устно в формате беседы по программе курса. Билет содержит 2 вопроса. Текущая оценка Отекущая рассчитывается как взвешенная сумма оценок за две контрольные работы: Отекущая = 0,5 * Окр1 + 0.5 * Окр2, где каждая оценка (Окр1 и Окр2) выставляется по 10-ти бальной шкале. Способ округления – арифметический. Итоговая оценка определяется соотношением Оитоговая = 0,5 * Отекущая + 0,5 * Оэкз, где Оэкз – оценка за экзамен. Студенты, у которых Отекущая = 10, освобождаются от устного экзамена и получают итоговую оценку 10. Студенты c оценкой Отекущая = 8 или Отекущая = 9 могут отвечать только на половину билета (1 вопрос по выбору) на устном экзамене.

Программа дисциплины