Низкоразмерные электронные системы

Магистратура 2024/2025

Статус: Курс обязательный (Физика)

Кто читает: Базовая кафедра «Наноэлектроника и фотоника» при Институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Заболотных Андрей Александрович

Язык: русский

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Исследования систем пониженной размерности являются одними из важнейших в современной физике конденсированного состояния и, несомненно, их изучение будет продолжаться и оставаться актуальным ещё не одно десятилетие. В связи с этим, возникает потребность в формировании у студентов понятия о системах пониженной размерности и некоторых, наиболее ярких, эффектов, которые в них исследуются, на что и направлен данный курс. В рамках курса будут даны базовые понятия о низкоразмерных системах в целом, с упором на транспортные свойства таких систем, отклик на внешнее электромагнитное излучение и возникновение коллективных (плазменных) колебаний.

Цель освоения дисциплины

В курсе рассматриваются электронные свойства современных двумерных систем, таких как полупроводниковые квантовые ямы и гетероструктуры, мдп-структуры, двумерные кристаллы, а также проводящие тонкие пленки. Обсуждаются основные характеристики этих структур: подвижность, концентрация, электронное время рассеяния. Анализируется размерное квантование: волновые функции и электронный спектр в прямоугольной и квазитреугольной яме, двумерные подзоны, условия наблюдения размерного квантования. Рассматривается проводимость электронных систем в "классически" слабом (теория Друде) и классически сильном магнитном поле, дается качественное понятие о квантовом эффекте Холла. Рассматриваются различные электромагнитные волны в системах пониженной размерности, включая плазмоны в тонких пленках, поверхностные и двумерные плазмон-поляритоны.

Планируемые результаты обучения

Знать, что такое низкоразмерные системы, уметь приводить примеры структур, в которых реализуются такие системы, знать их основные характеристики.
Знать о том, что такое низкоразмерные системы, уметь приводить примеры структур, в которых реализуются такие системы, знать их основные характеристики.
Уметь приводить примеры структур, в которых реализуются такие системы, знать их основные характеристики, знать о том, что такое низкоразмерные системы
Уметь получать спектры плазменных волн в различных системах: 3D плазма, граница раздела металл — диэлектрик, металлическая пленка, двумерная система.
Знать электронный спектр в сильном магнитном поле, иметь представление об эффекте Шубникова — де Гааза и целочисленном квантовом эффекте Холла.Уметь определить спектр (зависимость энергии от квантовых чисел) электрона в магнитном поле. Студент должен уметь выводить формулу Друде из кинетического уравнения
Студент должен уметь получать спектры плазменных волн в различных системах: 3D плазма, граница раздела металл — диэлектрик, металлическая пленка, двумерная система.
Студент должен уметь выводить формулу Друде из кинетического уравнения, знать электронный спектр в сильном магнитном поле, иметь представление об эффекте Шубникова — де Гааза и целочисленном квантовом эффекте Холла.
Научиться выводить формулу Друде из кинетического уравнения, знать электронный спектр в сильном магнитном поле, иметь представление об эффекте Шубникова — де Гааза и целочисленном квантовом эффекте Холла.

Содержание учебной дисциплины

. Общие сведения о низкоразмерных системах. Обзор структур, в которых возникают низкоразмерные системы: тонкие пленки, МДП-структуры, гетероструктуры и квантовые ямы, монослои слоистых материалов.
Размерное квантование: волновые функции и электронный спектр в прямоугольной яме, двумерные подзоны, условия наблюдения размерного квантования. Квантовые проволоки и квантовые точки.
Поглощение в структурах с квантовыми ямами. Понятие о 2D экситонах
Проводимость электронных систем в слабом магнитном поле (теория Друде). Эффект Холла.
Электронный спектр в сильном магнитном поле (уровни Ландау). Эффект Шубникова-де Гааза.
Понятие о целочисленном квантовом эффекте Холла. Влияние дефектов и беспорядка. Квазиклассическая перколяционная картина. Стандарт сопротивления
Плазменные колебания в 3D плазме. Понятие о геликонах.
Плазменные колебания в системах пониженной размерности

Элементы контроля

Контрольная работа
Контрольные работы будут состоять в письменном решении задач, аналогичных разобранным в курсе лекций
Зачет
Устный зачет состоит в объяснении одного случайного пункта из программы.

Промежуточная аттестация

2024/2025 2nd module
1. В конце первого и второго модулей будут проведены контрольная работа и устный зачет. Контрольные работы будут состоять в письменном решении задач, аналогичных разобранным в курсе лекций. Устный зачет состоит в объяснении одного случайного пункта из программы. 2. За каждую контрольную работу и устный зачет можно получить от 0 до 2 баллов: 2 балла - задача решена и объяснена полностью правильно, 1.5 балла - решена, но с недочетами, 1 балл - задача решена, но существенными недочетами, 0.5 балла - задача не решена, но есть попытка решения или ответа на вопрос, 0 баллов - задача не решена и нет конструктивных попыток её решения. Итоговая оценка находится как сумма всех баллов за контрольные работы и зачеты плюс 2 балла.

Список литературы

Авторы

Панкратова Елена Игоревна
Зайцев-Зотов Сергей Владимирович

Программа дисциплины