Geum.ru

Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры протокол № от 201 г

Вид материалаПрограмма

Содержание


Федеральное агентство по образованию
Факультет математического моделирования и процессов управления
Рабочая программа
1. Цели и задачи дисциплины.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
3. Объём дисциплины и виды учебной работы
4. Содержание дисциплины.
Динамика кристаллической решетки.
3 Акустическая и оптическая ветви колебаний.
Физика конденсированного состояния
В.И. Римлянд.
На сессию
На изучение
Вид занятий
7. Учебно-методическое обеспечение.
Подобный материал:


Программа разработана в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом образовательных программ и стандартов профессионального образования с учетом особенностей региона и условий организации учебного процесса Тихоокеанского государственного технического университета.


Программу составил (и)
Римлянд В.И.



Д.т.н., профессор кафедра физики







Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры

протокол № ______ от «____»__________________ 201_г


Завкафедрой__________«__»______ 201_г
________________

Подпись дата
Ф.И.О.







Программа рассмотрена и утверждена на заседании УМК и рекомендована к изданию

протокол № ______ от «____»_____________ 201_г


Председатель  УМК  _______«__»_______ 201_г
_________________

Подпись дата
Ф.И.О.





Директор  института  _______«__»_______ 201_г
__________________

(декан факультета) Подпись дата
Ф.И.О.




ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тихоокеанский государственный университет


Факультет математического моделирования и процессов управления

Кафедра Физики



СОГЛАСОВАНО

Декан ФММПУ

______________ _________________

подпись ФИО

“_____” ________________2010 г.



Утверждаю

Начальник

учебно-методического управления

______________ _____________________

подпись ФИО

“_____” ____________________2010 г.



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Аббревиатура

специальности
Отчетность
Часов занятий

экзамен
зачет
КП
КР
РГР
контрольная работа
тест (контр. задание)
учебный план основной траектории
Учебный план специальности

(направления)

заданной траектории

по ГОС
уч. план
переат
лкц
лбр
прз
ауд
Сам раб

Ф
9


















0
108



36






36
72



1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ.


Целью курса «Физика конденсированного состояния» является изучение микроскопической теории конденсированного состояния вещества, главным образом, твердого тела.

Курс лекций «Физика конденсированного состояния» предназначен для студентов 5-го курса специальности Физика. Студенты должны усвоить основные законы и методы квантовой теории и теоретической механики и уметь применять их для решения конкретных задач физики твердого тела. Курс опирается на полученные ранее знания по математике (математический анализ, методы математической физики, теорию вероятностей) и физике (классическая и нерелятивистская квантовая механика, электродинамика, механика сплошной среды, статистическая физика) .

Изучение теории конденсированного состояния осуществляется по дедуктивной методической схеме. В основе теории лежит уравнение Шредингера в приложении к пространству, обладающему трансляционной симметрией.

Важное значение в процессе обучения имеет самостоятельная работа студентов, на которую отводится значительная часть часов учебного плана. Студентам рекомендуется выполнять более подробно промежуточные вычисления и решать указанные лектором задачи. Для повышения эффективности аудиторных занятий рекомендуется также повторять отдельные фрагменты предшествующих частей курса теоретической физики.


2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ.

Студент должен иметь представление об основных вопросах курса ««Физика конденсированного состояния»». В результате усвоения курса студенты должны:
  1. Знать основные закономерности формирования конденсированы сред.
  2. Знать основные методы изучения кристаллических структур
  3. Овладеть теоретическими методами физики твердого тела;
  4. Знать основные физические свойства твердых тел;
  5. Описывать и качественно объяснять основные состояния в твердом теле;
  6. Знать основные закономерности структуры и физических свойств жидкого состояния
  7. Владеть основными концепциями физики квазичастиц.

Специалист должен обладать навыками:
  1. Описывать электронные состояния в конденсированных средах.
  2. Применять методы квантовой механики к простейшим задачам физики конденсированного состояния.
  3. Применять методы описание кристаллических структур.
  4. Решать задачи с использованием приближенных волновых функций электронов в кристалле.
  5. Находить в простейших случаях электронные энергетические спектры используя основные приближения физики конденсированного состояния.
  6. Рассчитывать ряд физических свойств веществ в твердом и жидком состоянии.


3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ


Таблица 1 - Объём дисциплины и виды учебной работы.

№
Вид учебной работы
Количество часов (в т.ч. ауд.)

Специальность: Ф



1.
Общая трудоёмкость дисциплины по УП
90 (36)



2.
Изучается в семестрах
9



3.
Виды итогового контроля по семестрам

9, экзамен



4.
Аудиторные занятия:

Всего

Лекции (Л)

36

36





4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.


ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ.


№
Наименование тем и содержание лекций
Всего

часов
Количество часов

Л
С/Р

1.
Введение в ФКС

Лекция 1

1.Предмет физики конденсированного состояния (ФКС).

2.Строение конденсированных сред

3. Основные приближения ФТТ
4
2
2

2.
Типы сил взаимодействия между атомами и молекулами в конденсированном состоянии.

Лекция 2

1 . Физические механизмы образования кристаллов.

2. Энергия связи

3. Молекулярные кристаллы инертных газов.

4. Силы Ван-дер-Ваальса – Лондона
4
2
2

3
Лекция 3

1. Ионные кристаллы

2. Ковалентные кристаллы

3. Металлические кристаллы

4. Кристаллы с водородными связями
4
2
2

4
Основы кристаллографии

Лекция 4

1. Методы описания структуры кристаллов

2. Симметрия кристаллических решеток.

3. Типы кристаллических решеток.

4. Ячейка Вигнера-Зейца

4
2
2

5
Лекция 5

1. Направление в кристаллической решетке. Кристаллографические плоскости.

2. Наиболее часто встречающиеся кристаллические структуры.

Обратная решетка, зоны Бриллюэна.

1.Обратная решетка и обратное пространство.

2. Ячейка Вигнера-Зейтца в обратном пространстве.

3.Зоны Бриллюэна, приведенный волновой вектор, квазиимпульс
4
2
2

6
Рассеяние волн в кристаллах

Лекция 6

1 Природа волн, используемых для структурного анализа.

2 Дифракция и интерференция волн в кристаллах. Условие дифракции Вульфа-Брэгга

3. Уравнения Лауэ. Амплитуда рассеяния. Построение Эвальда.

Основные экспериментальные методы наблюдения дифракции.

4
2
2

7
Динамика кристаллической решетки.

Лекция 7.

1 Потенциал Ленарда-Джонса. Колебания решетки, фононы

.2 Фазовая и групповая скорости. Дисперсионные соотношения.
3 Акустическая и оптическая ветви колебаний.

4
1
2

8
Тепловые свойства твердых тел

Лекция 8

1. Теплоемкость твердых тел.

2. Модели Эйнштейна и Дебая. Температура Дебая.

3. Теплоемкость металлов. Учет вклада сводобных электронов
4
2
2

9
Лекция 9

1. Тепловое расширение твердых тел, ангармонизм

2. Теплопроводность твердых тел.

3. Диффузия в твердых телах.
4
2
2

10
Основы зонной теории твердых тел

Лекция 10

1. Классификация твердых тел по величине электропроводности

2. Уравнение Шредингера для твердого тела.

3. Одноэлектронное приближение

4. Функции Блоха

5. Свойства волнового вектора электрона в кристалле.

4
2
2

11
Лекция 11

1.Зоны Бриллюэна

2. Поверхность Ферми

3. Энергетический спектр электронов в кристалле.

4. Заполнение зон электронами. Металлы, диэлектрики, полупроводники

5. Эффективная масса электрона
4
2
2

12
Электрические свойства твердых тел

Лекция 12

1.Электропроводность металлов

2. Собственная проводимость полупроводников.

3. Проводимость примесных полупроводников .

4.Физические свойства p-n перехода.

5. Эффект Холла
4
2
2

13
Свойства диэлектриков

Лекция 13

1. Электропроводность диэлектриков .

2. Влияние поверхностных уровней на электрические свойства твердых тел

3. Поляризация диэлектриков.

4. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости.

5.Сегнетоэлектрики.
5
2
3

14
Магнитные свойства твердых тел

Лекция 14

1. Классификация магнетиков

2. Диамагнетизм и парамагнетизм твердых тел.

3. Ферромагнетизм. Обменное взаимодействие и его роль в возникновении ферромагнетизма.

5
2
3

15
Лекция 15

1. Антиферромагнетизм и ферримагнетизм.

2. Кривая намагничивания. Ферромагнитные домены.

3. Магнитный резонанс.
4
2
2

16
Влияние дефектов кристаллической решетки на свойства твердых тел

Лекция 16

1. Точечные дефекты

2. Дислокации

3. Дефекты упаковки

4. Границы зерна и фаз.
4
2
2

17
Физические свойства аморфных твердых тел.

Лекция 17

1. Структура аморфных твердых тел.

2.Энергетический спектр некристаллических твердых тел.

3. Аморфные полупроводники.

4. Аморфные диэлектрики.

5. Аморфные металлы.
5
2
3

18
Физические свойства жидкостей.

Лекция 18

1. Структура жидкостей.

2. Реологические свойства.

3. Электрические свойства.
5
2
3



Итого
76*
36
40

* 14 часов на СРС в сессию


5. План – график

Самостоятельной работы студентов
По дисциплине __ ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

_________
Институт (факультет) _ФММПУ____ специальность__010701.65 «Физика» ___
Семестр _______9______________ часов в неделю (Л-ЛР-ПЗ / ФКТ - С2- РГР) _________________
Распределение нормативного времени самостоятельной работы студентов по неделям семестра
18



3
3
лектор ______ В.И. Римлянд.______________________

17



3
3

16



2
2

15



2
2

14



3
3

13



3
3

12



2
2

11



2
2

10



2
2

9



2
2

8



2
2

7



2
2

6



2
2

5



2
2

4



2
2

3



2
2

2



2
2

1



2
2

Объем

домашних заданий
Чертежей формата А4





Страниц
текста




Распределение часов учебного плана
Самостоятельная работа в семестре
В том числе
На сессию
14
14

Выполнение

задания






На

изучение

теории
54
54

всего
54
54

аудиторных
36
36
Вид занятий
лекции
Итого



6. Контроль знаний студентов

Примерные вопросы к экзамену по курсу

«Физика конденсированного состояния»

  1. Особенности структуры основных видов конденсированных сред: кристаллических твердых тел, полимеров, жидких кристаллов, аморфных твердых тел, стекол, жидкостей.
  2. Энергия связи в твердых телах
  3. Молекулярные кристаллы, ионная связь,
  4. Ковалентная, связь
  5. Металлическая связь, кристаллы с водородной связью.
  6. Пространственная решетка кристаллов, ее свойства: решетка Бравэ, ее базис;
  7. Трансляционная симметрия и симметрия направлений, типы решеток, ячейка Вигнера-Зейтца.
  8. Обратная решетка кристаллов, первая зона Бриллюэна.
  9. 3 Дифракция и интерференция волн в кристаллах. Условие дифракции Вульфа-Брэгга в прямой и обратной решетках.
  10. “Приведенный” волновой вектор, квазиимпульс; общие свойства стационарных состояний.
  11. Акустические фононы.
  12. Оптические фононы.
  13. Взаимодействие фононов:.
  14. Электрон в периодическом поле: одномерная задача, модель Кронига-Пенни; трехмерная задача, решение уравнения Шредингера,
  15. Зоны дозволенной энергии, ее периодичность, функции Блоха, пакет блоховских функций, его групповая скорость.
  16. Эффективная масса, тензор обратной эффективной массы, его связь с изоэнергетической поверхностью, эффективный гамильтониан, квантовые уравнения движения.
  17. Локализованные состояния: решение уравнения Шредингера.
  18. Приближенные методы вычисления одноэлектронных состояний: метод эффективной массы.
  19. Приближенные методы вычисления одноэлектронных состояний;
  20. Вторичное квантование системы электронов: представление чисел заполнения для фермионов, переход от координатного представления, операторные функции, одночастичный и двухчастичный операторы.
  21. Дырочное представление, описание процессов рождения и аннигиляции пары квазичастиц электрон-дырка.
  22. Классификация твердых тел на основе энергетического спектра их одноэлектронных состояний: металл, диэлектрик, полупроводник, примесные полупроводники, полуметаллы.
  23. Плотность одноэлектронных состояний в шкале энергий,
  24. Статистика электронов в твердом теле: функция распределения Ферми.
  25. Собственные значения и собственные функции гамильтониана частицы в магнитном поле (теория Ландау).
  26. Метод потенциала деформаций для кристаллов с ковалентной связью.
  27. Кинетические свойства диэлектриков, металлов и полупроводников.
  28. Экситоны Френкеля и Ванье.
  29. Взаимодействие света с кристаллической решеткой, поляритоны.
  30. Оптические свойства диэлектриков, металлов и полупроводников.
  31. Поверхностные состояния электронов.
  32. .Диамагнетизм и парамагнетизм твердых тел.
  33. .Ферромагнетизм. Обменное взаимодействие и его роль в возникновении ферромагнетизма.
  34. Антиферромагнетизм и ферримагнетизм.
  35. Кривая намагничивания. Ферромагнитные домены.
  36. Магнитный резонанс.
  37. Влияние дефектов кристаллической решетки на свойства твердых тел
  38. Физические свойства аморфных твердых тел.
  39. Физические свойства жидкостей.



7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

7.1. Основная литература.
  1. Киттель.Ч. Квантовая теория твердых тел. М.: «Наука»,1978.
  2. Ашкрофт Н.‚ Мермин Н. Физика твердого тела. М.: «Мир», 1979.
  3. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела, Изд-во «Высшая школа», 2000
  4. Винтайкин Б.Е. Физика твердого тела. Изд-во «МГТУ им. Н.Э.Баумана», 2008
  5. Епифанов Г.И. Физика твердого тела. Изд-во «Лань», 2010


7.2 Дополнительная литература

1. Лифшиц Е. М.‚Питаевский Л.П. Статистическая физика М.: «Наука», 1978.

2. Давыдов А. С. Квантовая теория твердого тела. М.: «Наука»,1975.

3. Р.Смит. Полупроводники. М., Мир. 1982, 560 с.

4. Займан Дж Принципы теории твердого тела. М.: «Мир», 1974.

5. Кацнельсон. А.А. «Введение в физику твердого тела», М., Изд-во МГУ, 1986 г.