Реферат: Предмет Спецкурс "Вступ до фізики твердого тіла"

РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА


Предмет Спецкурс “Вступ до фізики твердого тіла”

Спеціальність: фізична і біомедична електроніка


Факультет Електроніки Форма навчання денна


ВИПИСКА З НАВЧАЛЬНОГО ПЛАНУ


№ семестру

К-ть ауд. год.

В тому числі

К-сть годин

КР

КП

Заліки

Іспити

Л

ПС

ЛР

5

72

54




36













+



Вступ. Класифікація твердих тіл. .Типи зв’язків. Електропровідність. Розміщення в періодичній системі. Структури металів. Модель вільних електронів. Теорія металів Друде. Основні положення. Енергія зв’язку, схема розрахунків Евальда. Статична електропровідність. Теплопровідність. Закон Відемана-Франца. Теорія металів Зоммерфельда. Рівняння Шредінгера для вільних електронів. Недоліки моделі вільних електронів.

Основи зонної теорії твердих тіл. Рівняння Шредінгера для електрона в періодичному потенціалі. Теорема Блоха. Узагальнена гранична умова Борна-Кармана для періодичного потенціалу. Наближення слабкого енергетичного потенціалу. Енергетичні рівні поблизу однієї з брегівських площин. Енергетична щілина. Поверхня Фермі.

Методи розрахунку зонної структури. Наближення сильного зв’язку. Гамільтоніан. Функції Ваньє. Інтеграли перекриття. Метод Вігнера-Зейца. Варіаційний принцип. Метод ортогональних плоских хвиль. Метод псевдо потенціалу. Властивості псевдопотенціалу. Квазікласичний підхід до динаміки блохівських електронів. Основні положення квазікласичної моделі. Електрони як хвильові пакети. Рівняння руху в зовнішніх полях. Електронні, діркові і відкриті орбіти. Квантування орбіт електрона зовнішньому постійному магнітному полі. Рівні Ландау для вільних електронів у магнітному полі.

Експериментальні методи дослідження поверхні Фермі. Динаміка ґратки. Гармонічне наближення Нормальні моди одномірної моноатомної ґратки Браве. Теплоємність металів. Закон Дюлонга і Пті. Квантова теорія теплоємностей. Фонони. Акустичні і оптичні моди коливань ґратки. Теплоємність при високих, низьких і проміжних температурах. Наближення Дебая. Наближення Айнштайна. Електронна теплоємність.

Особливості електронних і оптичних спектрів. Густина електронних і фононих станів. Експериментальні методи визначення фононного спектру. Розсіювання нейтронів. Розсіювання електромагнітного випромінювання. Розсіювання світла у видимому і інфрачервоному діапазоні. Брилюенівське і мандельштам-раманівське розсіювання.

Ангармонізм коливань ґратки. Теплове розширення твердих тіл. Температурна залежність коефіцієнта розширення. Параметр Грюнайзена. Електронна складова у коефіцієнті розширення.

Теплопровідність. Теплопровідність у моделях незалежних електронів. Теплопровідність ґратки. Температурна залежність теплопровідності ґратки. Теплопровідність металів.

Електричні властивості. Основи теорії розсіювання. Електропровідність у моделі Друде, Зоммерфельда, блохівських електронів. Напівкласична теорія провідності в металах. Нерівноважна і рівноважна функції розподілу електронів. Статична електропровідність в напівкласичній моделі. Механізми розсіювання у металах. Правило Матіссена. Розсіювання електронів на домішках. Розсіювання на електронах. Електрон-фононне розсіювання.

Оптичні властивості. Високочастотна електропровідність металу. Плазмова частота. Прозорість лужних металів в області УФ діапазону. Коливання густини заряду. Плазміни. Колір металів.

Магнітні властивості. Намагніченість і сприйнятливість. Гамільтоніан взаємодії атомів і молекул з магнітним полем, розщеплення рівнів. Діамагнетизм. Формула Ланжевена для діамагнітної сприйнятливості. Парамагнетизм. Сприйнятливість атомів з частково заповненою оболонкою. Закон Кюрі.

Феро-, антиферо-, ферімагнетизм. Феромагнетизм. Внутрішнє магнітне поле Вейса. Закон Кюрі-Вейса. Модель Гейзенберга. Спіново-обмінна взаємодія, обмінний інтеграл. Спінові хвилі, магнони. Температурна залежність намагнічуваності.

Антиферомагнетизм і феромагнетизм. Ферити. Температура Кюрі і сприйнятливість феромагнетиків. Температура Неєля.

Доменна структура. Доменна структура. Феромагнітні домени. Рух границь при намагнічуванні, ефект Баркгаузена. Технічне і істинне насичення, гістерезис, залишкова намагніченість, коерцитивна сила, втрати енергії, магнітом’які і магнітотверді матеріали. Магнітна анізотропія. Енергія магнітострикційної деформації. Магніто статична енергія. Стінки Блоха. Циліндричні магнітні домени.

Література



Іван Болеста. Фізика твердого тіла. Львів, 2003.

М.Ашкрот, Н.Мерин. Физика твердого тела. М.:Мир, 1979, т.1,2.

А.Кацнельсон. Введение в физику твердого тела. М.:Изд-во Моск. Ун-та, 1984.

Дж.Блейкмор. Фізика твердого тела. М.:Мир, 1988.

Ч.Чорт, Р.Том сон. Фізика твердого тела. М.:Мир, 1966.

Т.Жданов, А.Худина. Лекции по физике твердого тела. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1988.

В.Гуц, Л.Косяченко. Розв”язок задач зі спецкурсу “Вступ до фізики твердого тіла”, Чернівці: Руна, 1986.

Г.Голдсинд. Задачи по физике твердого тела. М.:Наука, 1976.
Програму склав ст.викладач кафедри фізичної та біомедичної електроніки Я.Пастирський