Физика конденсированного состояния

Баятанова Ляйла Болаткановна

Portfolio des Lehrers

Beschreibung: 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.

Betrag der Credits: 8

Пререквизиты:

  • Электричество и магнетизм
  • Молекулярная физика и термодинамика

Arbeitsintensität der Disziplin:

Unterrichtsarten Uhr
Vorträge 15
Praktische Arbeiten 30
Laborarbeiten 30
AASAL (Autonomes Arbeiten der Schüler unter Anleitung des Lehrers) 45
SE (Studentisches Eigenarbeiten) 120
Endkontrollformular экзамен
Form der Endkontrolle Писменный экзамен

Komponente: Вузовский компонент

Zyklus: 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.
Lehrmethoden

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);

Bewertung des Wissens der Studierenden
Period Art der Aufgabe Gesamt
1  Bewertung Коллоквиум 0-100
Индивидуальные задания
Выполнение и защита лабораторных работ
Рубежный контроль 1
2  Bewertung Рубежный контроль 2 0-100
Коллоквиум
Индивидуальные задания
Выполнение и защита лабораторных работ
Endkontrolle экзамен 0-100
Die Bewertungspolitik der Lernergebnisse nach Arbeitstyp
Art der Aufgabe 90-100 70-89 50-69 0-49
Exzellent Gut Befriedigend Ungenügend
Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе. 90-100 70-89 50-69 1-49
Bewertungsbogen

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 Р12 +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