МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Тверской государственный университет»

Физико-технический факультет

Кафедра прикладной физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан физико-технического факультета Педько Б.Б.

_ 2012 г Рабочая программа по дисциплине Кристаллофизика для студентов 4 курса направление 222000.62 ИННОВАТИКА Профиль подготовки «Управление инновациями (по отраслям и сферам экономики) Квалификация (степень) Бакалавр Форма обучения очная Обсуждено на заседании кафедры Составил 13 декабря 2012 г. Протокол № д.т.н., профессор _Смирнов Ю.М.

Зав.кафедрой _Ю.М.Смирнов Тверь, 2. Пояснительная записка 1. Цели и задачи курса - курс «Кристаллофизика» посвящен кристаллофизике и неравновесной термодинамике применительно к кристаллическому состоянию вещества и процессам роста кристаллов. Профессиональное назначение курса связано с общей государственной политикой, в последнее время всё больше нацеливаемой на принципиально новые подходы к развитию промышленности и науки. Студенты в данном курсе приобретают знания в своём роде особые. В стране сейчас почти не осталось специалистов в области фундаментальной кристаллофизики, а её сочетание с неравновесной термодинамикой основано на научной школе кафедры прикладной физики ТвГУ.

Формы контроля в данном случае отличаются от обычных дисциплин. Большое значение уделяется семинарским занятиям, на которые время от времени выносятся дискуссионные вопросы, ещё окончательно не разрешённые в современной науке. Студенты приучаются мыслить самостоятельно, а предложения, иногда выдвигаемые некоторыми из них преобразуются в перспективные студенческие научные исследования.

В курсе студенты приобретают знания симметрийно-термодинамических закономерностей и умение выращивать кристаллы и изучать их физические свойства.

2.Место дисциплины в структуре образовательной программы (учебного плана) Дисциплина входит в профессиональный цикл дисциплин Б.З.В.ДВ.3.4.

3.Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц 180 часов 4. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины Выпускник должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):

способность использовать законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности (ОК-7);

Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

Производственно-техническая деятельность:

Способностью обосновывать принятие технического решения при разработке проекта, выбрать технические средства и технологии, в том числе с учетом экологических последствий их применения (ПК-4) Организационно-управленческая деятельность:

способность организовать работу исполнителей, находить и принимать управленческие решения в области организации работ по проекту и нормирования труда (ПК-8);

способность к работе в коллективе; организации работы малых коллективов (команды) исполнителей (ПК-10).

Экспериментально-исследовательская деятельность:

способность применять современные методы исследования и моделирования проекта с использованием вычислительной техники и соответствующих программных комплексов (ПКспособность воспринимать (обобщать) научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-12);

способность спланировать необходимый эксперимент, получить адекватную модель и исследовать ее (ПК-13);

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

•Знать: основные закономерности теории симметрии – принцип Неймана, теорему Германа, принцип суперпозиций симметрии •Уметь: определять точечную группу кристалла, по ней пространственную группу кристаллов. Используя принцип Неймана определять классы кристаллов, являющихся пьезоэлектриками, пирроэлектриками, ферроэлектриками.

•Владеть кодификацией групп крристаллов, преобразовывать символы групп симметрии по Шенфлису, символы по Герману-Могену 5. Образовательные технологии Лабораторные работы, подготовка письменных работ, решение задач.

6. Формы контроля – экзамен 3. Учебная программа 1. Кристаллическое состояние вещества.

1.1. Макроскопическое строение кристаллов. Кристаллофизические характеристики монокристалла и поликристалла. Монокристаллы, поликристаллы,двойники, текстуры.

1.2. Микроструктура кристаллов. Кристаллическая решетка и кристаллическая структура.

Примеры решеток. Принципиальные отличия структуры и решетки.

1.3. Основные свойства кристаллов - однородность, анизотропия, симметрия. Огранение.

Методы описания на примере эллипсоида Френеля.

Методы описания свойств кристаллов.

2. Теория симметрических преобразований.

2.1. Симметрия. Основные понятия. Сим-метрические преобразования. Различия между элементами симметрии и операциями.

2.2. Основные понятия теории групп. Основные аксиомы. Пересечения групп на примере операции скользящего отражения.

2.3. Свойства групп. Произведения групп. Внутренние и внешние произведения.

2.4. Кристаллографические группы. Типы групп симметрии. Периодичность в группах симметрии. Федоровские группы. Расширение понятия симметрии. Симметрия живого и неживого.

3. Кристаллографическая символика.

3.1. Символы групп симметрии по Герману-Могену, Флинту, Шенфлису. Некристаллографические группы симметрии в теоретической физике.

3.2. Классы кристаллов. Точечные и пространственные группы. Плоскостные группы.

3.3. Симморфные, гемисимморфные, асимморфные группы. Распределение веществ по Федоровским группам.

4. Симметрия физических свойств кристаллов.

4.1. Предельные группы.Соподчиненность групп симметрии.

4.2. Влияние симметрии на свойства кри-сталлов. Принцмпы Неймана и Кюри.

4.3. Матричные представления в теории симметрии. Характеры. Сокращенные формы записи.

4.4. Скалярные формы кристаллов. Тензорные свойства. Группы симметрии физи -ческих свойств.

5. Оптические свойства кристаллов.

5.1. Оптические характеристики кристаллов.

Пропускание кристаллических сред в различных областях спектра.

5.2. Виды оптических поверхностей. Мате-матические формы описания оптических поверхностей.

5.3. Гиротропия. Двойное лучепреломление.

Определение угла поворота плоскости поляризации.

6. Магнитная симметрия кристаллов.

Группа симметрии ферромагнитного железа.

Лабораторные работы.

1. Выращивание монокристаллов методом монокристальной зонной плавки. Изучение кристаллографии монокристаллолв.

2. Выращивание монокристаллов методом Чохральского. Морфология кристаллов.

3. Изучение методики зонной очистки и выращивания монокристаллов на установке бестигельной зонной плавки. Изучение кристаллографии монокристаллов.

4. Выращивание кристаллов из растворов.

5. Выращивание кристаллов в лаборатории 6. Выращивание сложных форм кристаллов под микроскопом. Морфологические исследования кристаллов.

4. Рабочая учебная программа 1. Кристаллическое состояние вещества. 2. Теория симметрических преобразований 4. Симметрия физических свойств кристаллов Лабораторные работы.

монокристальной зонной плавки. Изучение кристаллографии монокристаллолв.

Чохральского. Морфология кристаллов.

выращивания монокристаллов на установке бестигельной зонной плавки. Изучение кристаллографии монокристаллов.

под микроскопом. Морфологические исследования кристаллов.

V. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации но итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Темы реферата 1.Основные способы выращивания монокристаллов из расплавленных сред 2..Основные способы выращивания монокристаллов из растворов 3. основы теории групп 4. Магнитная симметрия (антисимметрия) Контрольные вопросы 1. Основные свойства кристаллов: однородность, анизотропия, симметрия.

2. Симметрические преобразования: виды равенств, преобразования первого и второго рода.

3. Основы теории групп: единичная операция, квадрат Кели, подгруппа.

4. Типы групп симметрии: одномерные, двумерные, Федоровские.

5. Принцип суперпозиции Кюри.

6. Принцип Неймана.

7. Скалярные свойства кристаллов 8. Тензорные свойства кристаллов.

9. Оптические свойства кристаллов: оптические поверхности, диэлектрическая проницаемость.

10. Магнитная симметрия: серые, чернобелые, белые группы, обращение времени.

11. Симметрия подобия.

12. Частичная симметрия.

13. Предельные группы симметрии.

14. Определение полярных классов кристаллов.

15. Определение аксиальных классов кристаллов.

16. Поляризация.

17. Умножение матриц, описывающих инверсию и плоскость симметрии.

18. Умножение матриц, описывающих взаимно перпендикулярные плоскости симметрии.

19. Умножение матриц, описывающих двойную поворотную ось и перпендикулярную к ней плоскость симметрии.

20. Двойное лучепреломление.

21. Электрооптический эффект.

22. Пьезоэлектричество.

VI. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) Обязательная литература 1. Акивис, М. А. Тензорное исчисление [Электронный ресурс] : учебное пособие / М. А. Акивис, В. В. Гольдберг. - М.: Физматлит, 2005. - 305 с. - 5-9221-0424-1. Режим доступа:

http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=. Ч., Оуенс Ф. Нанотехнологии.-М.: Техносфера, 2004.-328 с.

2. Багдасаров Х.С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. М., Наука, 2005.

3. Шариков В.А. Основы физической химии. М.. Наука. 2005.

б) дополнительная литература 1. Н.Петров, Й. Бранков. Современнные проблемы термодинамики. М. 1986.

2. Р.Берд, В.Стьюарт, Е.Лайтфут. Явления переноса. М. 1974.

3. М.Л.Краснов, А.И.Кисеоев, Г.И.Макаренко. Векторный анализ. М. 1978.

4. Дж.Эллиот, П.Добер. Симметрия в физике. Т.1,2. М. 1983.

5. Ч.Киттель. Введение в физику твердого тела. М. 1978.

7.Валиев, Физика субмикронной литографии. М.: Наука, Главная редакция физикоматематической литературы, 1990.

8. Ю.М.Смирнов. Физика кристаллизации. Часть 1. Учебное пособие. Калинин. 1985.

9. Ю.М.Смирнов. Физика кристаллизации. Часть 2. Учебное пособие. Калинин. 1986.

10. Ю.М.Смирнов. Кристаллофизика. Учебное пособие. Калинин. 1980.

11. Ю.М.Смирнов. Физика кристаллизации. Учебное пособие. Тверь. 1998.

12.Ю.М.Смирнов. Актуальные проблемы кристаллофизики Шаскольская. Основы кристаллофизики. М. 1979.

13. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Теория поля. М. 1973.. Учебное пособие. Тверь. 1998.

14. И.Ю. Дьярмати. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы.

М. 1975.

15. К.П.Гуров. Феноменологическая термодинамика необратимых процессов. М. 16. Ю.М.Смирнов. Выращивание монокристаллов методом монокристальной зонной плавки.

Лабораторная работа. Тверь. 2001.

17. Ю.М.Смирнов. Выращивание монокристаллов методом Чохральского. Изучение кристаллографии монокристаллов. Лабораторная работа. Тверь.2001.

18. Ю.М.Смирнов. Изучение методики зонной очистки и выращивания монокристаллов на установке бестигельной зонной плавки. Изучение кристаллографии монокристаллов.

Лабораторная работа. Тверь. 2001.

19. Ю.М.Смирнов. Выращивание кристаллов в лаборатории. Учебно-методическое пособие.

Тверь. 2002.

20. Ю.М.Смирнов. Выращивание сложных форм кристаллов под микроскопом.

Морфологические исследования кристаллов. Учебно-методическое пособие. Тверь. 2002.

парателлурита. Лабораторная работа. Тверь. 2001.

VII. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) Ростовые установки, модели плотных упаковок, модели простых форм и комбинаций;

реальные моно- и поликристаллы;