Сверхнизкие температуры. Низкоразмерные системы

Магистратура 2024/2025

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.04.02. Физика

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

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Кунцевич Александр Юрьевич

Прогр. обучения: Физика

Язык: русский

Кредиты: 6

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины «Сверхнизкие температуры и низкоразмерные системы» являются получение представления о современных реализациях низкоразмерных электронных систем, их энергетическом спектре, основных наблюдаемых в них явлениях, в том числе низкотемпературных и мезоскопических, включая квантовый эффект Холла, кулоновскую блокаду, когерентные явления, а также методами получения сверхнизких температур и основным явлениями при сверхнизких температурах. При этом из курса исключены все явления, связанные со сверхпроводимостью.

Цель освоения дисциплины

Формирование знаний о современных реализациях низкоразмерных электронных систем, их энергетическом спектре.
Формирование знаний о низкотемпературных и мезоскопических явлениях.
Формирование знаний о квантовом эффекте Холла, кулоновской блокаде и когерентные явления.

Планируемые результаты обучения

умеет решать задачи на заданную тему
1) Обзор основных методов получения сверхнизких температур. Рекордно низкие температуры. 2) Термометрия при сверхнизких температурах. 3) Криостат растворения 3Не-4Не. 4) Ядерное размагничивание. Примеры криостатов ядерного размагничивания. 5) Особенности измерений при сверхнизких температурах.
знает 1) Одномерная квантовомеханическая задача рассеяния. Коэффициенты отражения и пропускания. Вычисление потока. Формула Ландауэра. 2) Экспериментальные реализации одномерных каналов проводимости и квантовых точечных контактов. Критерии одномерности. 3) Некоторые свойства одномерных систем. 0.7 — особенность. Квазиодномерные системы. Неустойчивость одномерных Ферми-систем. Представление о жидкости Латтинджера. Примеры задач: 1) Определить величину дробового шума в квантовом точечном контакте
знает : 1) Представление о проводимости электронов в металле. Полукачественный вывод формулы Друде. Кинетическое уравнение. Формула Друде в полупроводниках. Много каналов проводивости и много каналов рассеяния. Правило Матиссена.
знает : 2) Проводимость в магнитном поле. Эффект Холла. Телопроводниость. Термо-ЭДС металлов и полупроводников. Процессы рассеяния. Температурные зависимости. 3) Формула Кубо. Расчет кинетических коэффициентов методами квантовой механики 4) Представление о проводимости в легированном полупроводнике. Прыжковый транспорт. 5) Аномальный эффект Холла в магнитных системах. Примеры задач: 1) Предсказать температурную зависимость проводимости гранулированного металла.
знает : Зонная структура твердых тел плотность состояний
знает квантовый эффект Холла и представление о топологических изоляторах
знает мезоскопические эффекты
знает ЯМР сверхтекучего гелия-3
знает: 1) Волновая функция электронов в квантовых ямах и квантовых проволоках. Полупроводниковые реализации квантовых ям. Приближение бесконечно глубокой ямы. Распределение Ферми. 2) Общие представления о полупроводниках. Расчет энергетического спектра квантоворазмерных структур: самосогласованное решение уравнений Пуассона и Шредингера. 3) Полупроводниковые приборы на основе квантово-размерных систем: резонансно туннельный диод, сверхрешетки, нанопроволоки, МОП-структуры.

Содержание учебной дисциплины

Методы получения и измерения сверхнизких температур
Зонная структура твердых тел плотность состояний
Квантово-размерные структуры и графеноподобные системы
Диффузионный транспорт. Формула Друде, эффект Холла. Представления о вычислениях кинетических коэффициентов. Формула Кубо.
Баллистический транспорт. Формула Ландауэра. Точечный контакт и одномерный канал проводимости
Квантовый эффект Холла и представление о топологических изоляторах
ЯМР сверхтекучего гелия-3
Мезоскопические эффекты: слабая локализация, флуктуации, кулоновская блокада, эффект Аронова-Бома, незатухающие токи.

Элементы контроля

Домашнее задание
Контрольная работа
Экзамен

Промежуточная аттестация

2024/2025 2nd module
0.25 * Домашнее задание + 0.25 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен

Список литературы

Авторы

Панкратова Елена Игоревна
Кунцевич Александр Юрьевич

Программа дисциплины