Квантовые явления в твердых телах

2020/2021

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Майнор

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 3, 4 модуль

Преподаватели: Арутюнов Константин Юрьевич, Васенко Андрей Сергеевич, Пугач Наталия Григорьевна

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 76

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Квантовые явления в в твердых телах являются основой изучения принципов работы устройств современной квантовой наноэлектроники, которая в последние годы бурно развивается в связи с прогрессом в реализации квантовых компьютеров и квантовых симуляторов. Она также является ключом к пониманию таких явлений, как сверхпроводимость и магнетизм, которые будут рассказаны в последующих разделах этого курса. Упор в этом разделе будет сделан на описание квантового электронного транспорта в металлах. В частности мы изучим волновое поведение электронов, рассеяние электронов в проводниках, одноэлектронные эффекты и т.д. В качестве практических приложений будут рассмотрены одноэлектронный транзистор и различные типы кубитов, являющиеся элементами квантового компьютера. Курс рассчитан на студентов, интересующихся современными направлениями квантовой наноэлектроники. Во второй части будет рассказано о явлении сверхпроводимости - одного из самых ярких проявлений квантовых закономерностей на макроскопическом уровне. Несмотря на то, что с момента открытия сверхпроводимости прошло уже более 100 лет, и за эти годы было выдано в общей сложности 6 Нобелевских премий связанных с этим эффектом, до сих пор на ряд фундаментальных вопросов нет ответов. Краткий лекционный курс представляет введение в физику сверхпроводимости и ряд практических применений этого интересного феномена. Курс рассчитан на студентов интересующихся явлениями микромира и желающих углубить как общую эрудицию, так и - свои знания в физике конденсированного состояния.

Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины является ознакомление с основными явлениями квантовой физики конденстрованного состояния.

Планируемые результаты обучения

Освоят основные положения физики твердого тела.
Будут способны ориентироваться в современных вопросах экспериментальной и теорететической физики, связанных с макроскопическими квантовыми явлениями в конденсированных средах.
Будут способны ориентироваться в современных вопросах экспериментальной и теортетической физики, связанных с макроскопическими квантовыми явлениями в конденсированных средах.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Основы физики конденсированного состояния.
1) Газ свободных электронов. Распределение Ферми-Дирака. 2) Уровни электрона в периодическом потенциале. 3) Поверхность Ферми. 4) Зонная структура металлов. 5) Рассеяние электронов. 6) Кулоновская блокада. 7) Кубиты и квантовые точки.
Тема 2. Сверхпроводимость.
1) Явление сверхпроводимости и феноменологические модели. 2) Уравнения Лондонов. 3) Модель Гинзбурга-Ландау. 4) Критический ток и критическое поле сверхпроводника. Эффект Литтла-Паркса. Поверхностная сверхпроводимость. 5) Два типа сверхпроводников. Решетка Абрикосова. 6) Микроскопическая модель сверхпроводимости. 7) Эффект Джозефсона. СКВИД. 8) Неравновесные и флуктуационные явления. 9) Высокотемпературная сверхпроводимость.

Элементы контроля

Домашнее задание 2
Экзамен
Практические занятия
Домашнее задание 1

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.2 * Домашнее задание 1 + 0.2 * Домашнее задание 2 + 0.1 * Практические занятия + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины