Физика конденсированного состояния
内容描述: В данном курсе студентами изучаются фундаментальные основы физики твердого тела, которые включают механические, тепловые, электрические и магнитные свойства твердых тел и различные силы действующие на них, которые приводит к структурным изменениям. При изложении материала основное внимание уделено выяснению физической сущности рассматриваемого явления и также количественное описание этого материала.
贷款数: 8
Пререквизиты:
- Электричество и магнетизм
- Молекулярная физика и термодинамика
*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:
| *TypesOfClasses(zh-CN)* | *hours(zh-CN)* |
|---|---|
| *Lectures(zh-CN)* | 15 |
| *PracticalWork(zh-CN)* | 30 |
| *LaboratoryWork(zh-CN)* | 30 |
| *srop(zh-CN)* | 45 |
| *sro(zh-CN)* | 120 |
| *FormOfFinalControl(zh-CN)* | экзамен |
| *FinalAssessment(zh-CN)* | Писменный экзамен |
零件: Вузовский компонент
循环次数: Профилирующие дисциплины
Цель
- Обладать знаниями в области физики конденсированного состояния, позволяющей ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечивающей им возможность использовать новые физические принципы в тех областях техники, в которых они специализируются. Формирование научного мышления и диалектического мировоззрения, правильного понимания границ применимости различных физических понятий, законов, теорий и умения оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных или математических методов исследования.
Задача
- Ознакомление с измерительной аппаратурой, выработка умения проводить экспериментальные исследования, обрабатывать результаты эксперимента и анализировать их. Развитие творческого мышления, навыков самостоятельной познавательной деятельности, умения моделировать физические ситуации с использованием компьютера.
Результат обучения: знание и понимание
- Основные закономерности формирования конденсированы сред, основные методы изучения кристаллических структур; методы теоретических подходов в описании и изучении явлений в физике конденсированного состояния.
Результат обучения: применение знаний и пониманий
- Описывать и качественно объяснять основные состояния в твердом теле; применять методы описание кристаллических структур, моделировать физические процессы.
Результат обучения: формирование суждений
- Научное мышление и диалектическое мировоззрение.
Результат обучения: коммуникативные способности
- готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе; готовность использовать основные законы дисциплины в профессиональной деятельности, применять методы теоретического и экспериментального исследования.
Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе
- самостоятельно изучать и понимать специальную научную и методическую литературу, связанную с проблемами физики конденсированного состояния вещества.
*TeachingMethods(zh-CN)*
При проведении учебных занятий предусматривается использование следующих образовательных технологий: - интерактивная лекция (использование следующих активных форм обучения: исполнительная (управляемая) дискуссия или беседа; модерация; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мозговой штурм; мотивационная речь); - построение сценариев развития различных ситуаций на основе заданных условий; - информационно-коммуникационные (например, занятия в компьютерном классе с использованием профессиональных пакетов прикладных программ); - поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в учебном процессе);
*AssessmentKnowledge(zh-CN)*
Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.
| *Period2(zh-CN)* | *TypeOfTask(zh-CN)* | *Total(zh-CN)* |
|---|---|---|
| 1 *Rating(zh-CN)* | Коллоквиум | 0-100 |
| Индивидуальные задания | ||
| Выполнение и защита лабораторных работ | ||
| Рубежный контроль 1 | ||
| 2 *Rating(zh-CN)* | Рубежный контроль 2 | 0-100 |
| Коллоквиум | ||
| Индивидуальные задания | ||
| Выполнение и защита лабораторных работ | ||
| *TotalControl(zh-CN)* | экзамен | 0-100 |
*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*
| *TypeOfTask(zh-CN)* | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 0-49 |
|---|---|---|---|---|
| Excellent | *Grade4(zh-CN)* | *Grade3(zh-CN)* | *Grade2(zh-CN)* | |
| Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе. | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 1-49 |
*EvaluationForm(zh-CN)*
Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:
- 40% результата, полученного на экзамене;
- 60% результатов текущей успеваемости.
Формула подсчета итоговой оценки:
| И= 0,6 | Р1+Р2 | +0,4Э |
| 2 |
где, Р1, Р2 – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.
Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:
Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:
| Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент | Баллы (%-ное содержание) | Оценка по традиционной системе |
|---|---|---|---|
| A | 4.0 | 95-100 | Отлично |
| A- | 3.67 | 90-94 | |
| B+ | 3.33 | 85-89 | Хорошо |
| B | 3.0 | 80-84 | |
| B- | 2.67 | 75-79 | |
| C+ | 2.33 | 70-74 | |
| C | 2.0 | 65-69 | Удовлетворительно |
| C- | 1.67 | 60-64 | |
| D+ | 1.33 | 55-59 | |
| D | 1.0 | 50-54 | |
| FX | 0.5 | 25-49 | Неудовлетворительно |
| F | 0 | 0-24 |
Темы лекционных занятий
- Силы связи и внутренняя структура твердых тел. Сопоставление различных видов связи. Силы притяжения и отталкивания. Классификация твердых тел. Энергия связи. Типы химических связей. Металлические, ковалентные, ионные, молекулярные кристаллы. Характеристика энергетических зон, распре-деление электронной плотности.
- Несовершенства и дефекты кристаллического строения. Механические свойства твердых тел. Упругая и пластическая деформации, закон Гука. Теоретическая и реальная прочности кристаллов на сдвиг. Понятие о дислокациях. Пути повышения прочности твердых тел.
- Способы описания состояния макроскопической системы. Адиабатическое приближение. Невырожденные и вырожденные коллективы. Классическая и квантовые статистики. Функции распределения фермионов и бозонов. Вырожденный и невырожденный электронный газ в твердых телах.
- Электронные состояния в кристаллах. Электрон в периодическом поле кристалла. Одноэлектронное приближение. Волновые функции Блоха. Зоны Бриллюэна. Свойства энергетического спектра электронов, энергетические зоны. Волновой вектор электрона, импульс, скорость. Эффективная масса.
- Рассеяние электронов, время релаксации. Квантовая теория свободных электронов. Плотность состояний. Распределение Ферми-Дирака. Уровень Ферми. Механизмы рассеяния электронов. Электропроводность металлов. Теплоемкость и теплопроводность электронного газа.
- Энергетические зоны в модели "пустой" решетки. Приближение почти свободных электронов. Поведение энергетического спектра вблизи границы зоны Бриллюэна. Приближение сильной связи. Многоэлектронные эффекты.
- Зонная структура полупроводников. Кубические полупроводники. Зона Бриллюэна в кубических полупроводниках. Схема строения энергетических зон кубических полупроводников. Характер поведения энергетического спектра вблизи экстремумов зон. Эффективная масса электронов и дырок в полупроводниках. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Невырожденные и вырожденные полупроводники.
- Уровень Ферми, концентрация электронов и дырок. Собственный полупроводник, собственная концентрация свободных носителей заряда. Примесные уровни в запрещенной зоне, доноры, акцепторы. Статистика заполнения локальных уровней.
- Колебания кристаллической решетки. Адиабатическое приближение. Гармонические колебания кристаллической решетки. Спектр колебаний кристаллической решетки. Акустические и оптические ветви колебаний. Фононы. Энергия и импульс фонона. Статистика фононов. Плотность состояний фононов. Теплоемкость кристаллической решетки, температура Дебая. Ангармонизм колебания решетки. Тепловое расширение твердых тел.
- Кинетические явления в металлах и полупроводниках, движение свободных носителей заряда в электрическом и магнитном полях. Функция распределения. Кинетическое уравнение. Приближение времени релаксации. Рассеяние носителей заряда в металлах и полупроводниках.
- Основные механизмы рассеяния. Рассеяние на колебаниях кристаллической решётки. Рассеяние на ионизированных и нейтральных примесях. Термоэлектрический эффект, эффект Холла.
- Конденсация бозонов. Электрон-фононные взаимодействия. Сверхпроводимость.
- Методы исследования внутреннего строения твердых тел.
- Заполнение зон электронами. Энергетические зоны. Положение уровня Ферми и концентрация свободных носителей.
- Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Невырожденные и вырожденные полупроводники.
Основная литература
- Павлов П. В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. - М.: Высшая школа, 2000.
- Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. - М.: Наука, 1978.
- Подкладнев В.М. Физика твердого тела. Методические указания к лабораторному практикуму. КазНТУ, Алматы, 2002.
- Байков Ю.А., Кузнецов В.М. Физика конденсированного состояния. -М.: БИНОМ. Лаборатория знания, 2015, С. 294.
- Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Физика в мире полимеров. -М.: Наука, 1989, С. 209
- Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. Современнные лекционные курсы, 2000, С. 398
- Бонч-Бруевич В.Л. , Калашников С.Г. Физика полупроводников. 1977, С. 679
- Займан Дж. Принципы теории твердого тела. 1971, С. 478
- Миронова Г.А. Конденсированное состояние вещества: от структурных единиц до живой материи. Т.1 - М: Физический факультет МГУ, 2004, С. 532
- Ашкрофт Н., Мермин Н., Физика твердого тела. Т.1-2. 1975, С. 422
