[ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уральский государственный университет им. А.М. Горького»
Физический факультет
Кафедра компьютерной физики
Физика диэлектриков
Программа специальной
(Стандарт ПД.СД/ДС) Екатеринбург 2006
УТВЕРЖДАЮ
Декан физического факультета А.Н.Бабушкин «,_»_2006 года Программа дисциплины «Физика диэлектриков» составлена в соответствии с требованиями федеральногокомпонента к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки:бакалавра, по направлению 010700 «Физика»
по циклу СД/ДС дисциплин государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.
Семестр Общая трудоемкость дисциплины 84 часов, в том числе:
Лекций Отчетность: экзамен (теоретический курс) - 8 семестр Контрольные мероприятия: контрольная работа Разработчик программы Никифоров А.Е., д.ф.м.н, профессор Контрольные мероприятия:
Контрольная работа - Экзамен (теоретический курс) Автор (составитель, разработчик) Никифоров А.Е., д.ф.м.н., профессор, кафедра компьютерной физики, УрГУ (ФИО, ученая степень, ученое звание, кафедра, вуз) Рекомендовано к печати протоколом заседания кафедры компьютерной физики от _ №.
(дата) (С) Уральский государственный университет (С) Никифоров А.Е., I. Введение 1. Цель дисциплины - сформировать у студентов современное представление о свойствах веществ с подрешеткой ионов d-, f-элементов, оптических и магнитных свойствах диэлектрических кристаллов, активированных переходными элементами, а также обсудить основные проблемы, стоящие перед физикой этих соединений.
2. Задача дисциплины - дать представления о энергетическом спектре d-, f-ионов в кристаллах, эффектах электронно-колебательного взаимодействия и основных свойствах соединений переходных элементов.
3. Место дисциплины в системе высшего профессионального образования. Дисциплина является одной из завершающих подготовку на уровне бакалавриата по специализации «Физика полупроводников и диэлектриков». При ее изучении используются знания и навыки, полученные студентами при изучении курсов общей и теоретической физики и предшествующих курсов специальных дисциплин по специализации «Физика полупроводников и диэлектриков».
4. Требования к уровню освоения содержания курса (приобретаемые компетенции, знания, умения, навыки). Научить студентов работе с основными моделями в области физики переходных элементов и физики твердого тела, научить работе со специальной литературой.
5. Методическая новизна курса. Теоретический материал подкрепляется решением задач.
II. Содержание курса 1. Разделы курса, темы, их краткое содержание 1. Введение. Физические свойства соединений переходных элементов.
2. Атом с незаполненными d-, f-оболочками. Самосогласованное поле Хартри-Фока.
Взаимодействие электронов незаполненных оболочек. Мультиплеты. Электронные и дырочные конфигурации. Релятивистские эффекты в атомном спектре. Сверхтонкое взаимодействие и спиновая плотность на ядре.
3. Эффекты кристаллического поля для соединений переходных элементов. Электронный спектр d- и f-ионов в кристаллах. Сильное, среднее и слабое кристаллические поля.
Модели, описывающие взаимодействие d- и f-электронов с кристаллом. Диаграммы Танабэ-Сугано. Высокоспиновые и низкоспиновые состояния. Оптические спектры кристаллов, активированных d- и f-элементами.
4. Динамика решетки кристалла. Адиабатическое приближение, адиабатический потенциал, эффекты неадиабатичности. Микроскопические модели динамики решетки полупроводников и диэлектриков (оболочечная модель, модель заряда на связи).
Дисперсионные кривые фононов, плотность фононных состояний, сингулярности Ван Хова. Термодинамические свойства и фононный спектр. Модели Эйнштейна и Дебая.
Связь диэлектрических свойств ионных кристаллов с полярными длинноволновыми колебаниями. Соотношение Лиддена-Сакса-Теллера. Фононная неустойчивость ангармонических кристаллов. Мягкая мода и структурные фазовые переходы. Динамика примесных кристаллов. Нецентральные примесные ионы. Влияние примеси на физические свойства кристалла 5. Электрон-колебательное взаимодействие. Адиабатический потенциал состояния с орбитальным вырождением. Эффект Яна-Теллера. Динамика системы в многоминимумном потенциале, вибронные уровни. Факторы редукции Хэма.
Псевдоэффект Яна-Теллера и вибронная теория сегнетоэлектричества. Кооперативный эффект Яна-Теллера и структурные фазовые переходы. Проявление электронколебательного взаимодействия в оптических спектрах. Бесфононная линия.
Изотопические сдвиги линий. Вибронный лазер. Твердотельные лазеры (рубин, александрит, неодимовый лазер). Редкоземельные люминофоры (катодолюминофоры, рентгенолюминофоры, люминофоры для термолюминисцентной дозиметрии, фотолюминофоры). Диэлектрики Мотта-Хаббарда.
6. Магнитные свойства соединений переходных элементов. Обменное взаимодействие.
Магнитные структуры. Спиновые волны в магнитоупорядоченных кристаллах.
Оптический спектр магнитных диэлектриков. Ферриты. Системы с переменной валентностью. Эффекты орбитального, зарядового и спинового упорядочений. Эффект колоссального магнитосопротивления.
ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ.
ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ.
3. Перечень контрольных вопросов и заданий 1. Вариационным методом оценить потенциалы ионизации атома гелия.2. Оценить параметры Слетера и константу спин-орбитальной связи атома Ge, используя результаты оптических измерений.
3. Найти отношение величин параметров кристаллического поля Dq для координационных чисел Z=4,6,8.
4. Описать оптический спектр Ni2+ в MgO, используя диаграмму Танабе-Сугано.
5. Найти температурную зависимость Cv при низких температурах, если закон дисперсии возбуждений = tq (-частота, q-волновой вектор).
6. Рассчитать вибронный спектр E x e –задачи.
4. Примерный перечень вопросов к экзамену 1 Физические свойства 5 Электронноколебательное взаимодействие для d-, fионов в кристаллах.
IV. Форма итогового контроля Экзамен V. Учебно-методическое обеспечение курса 1. Рекомендуемая литература (основная)
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Маделунг О. Физика твердого тела. Локализованные состояния. М., Наука, 1985.Метфессель З., Маттис Д. Магнитные полупроводники. М., Мир, 1972.
А. Абрагам, Б. Блини. Электронный парамагнитный резонанс. Т.2. М., Мир 1973.
Кацнельсон М.И., Трофилов А.В. Динамика и термодинамика кристаллической решетки.
М., Изд. АТ, 2002.
Берсукер И.Б., Полингер В.З., Вибронные взаимодействия в молекулах и кристаллах. М., Наука, 1983.
2. Рекомендуемая литература (дополнительная) Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. М., Наука, 1988.
Митрофанов В.Я., Никифоров А.Е., Черепанов В.И. Спектроскопия обменно-связанных комплексов в ионных кристаллах. М., Наука, 1985, с.143.
Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. Основные свойства и применения в электронике.
М., Радио и связь, 1989.
VI. Ресурсное обеспечение
«