«ПРИМЕРНАЯ ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОДГОТОВКИ МАГИСТРОВ. 2.3. ПРИМЕРНАЯ ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОДГОТОВКИ МАГИСТРОВ. ...»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Московский инженернофизический институт (государственный университет)»

ПРИМЕРНАЯ ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ

ПРОГРАММА ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ ПОДГОТОВКИ МАГИСТРОВ.

2.3. ПРИМЕРНАЯ ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОДГОТОВКИ

МАГИСТРОВ.

2.3.1. Примерный учебный план подготовки магистров по направлению "нанотехнология" с профилем подготовки «функциональные наноматериалы для энергетики»

Степень (квалификация) – магистр Нормативный срок обучения – 2 года

ПРИМЕРНО

Е ЧАСОВ Форма

РАСПРЕДЕ

итоговоЛЕНИЕ ПО

№ НАИМЕНОВАНИЕ

го

СЕМЕСТРА

ДИСЦИПЛИН И

контроля М п/п

ВИДОВ УЧЕБНОЙ

Из них По

РАБОТЫ

Госстан- Аудитор. Самост.

1 2 3 дарту занятия работа ПД Профессиональные дисциплины Федеральный компонент Экспериментальная 128 64 64 + экзамен физика наноструктур Компьютерное 128 64 64 + экзамен моделирование и компьютерный эксперимент Современные проблемы 128 64 64 + экзамен физики конденсированного состояния вещества и наноструктур Фазовые переходы в 128 64 64 + экзамен низкоразмерных системах Наноматериалы в 128 64 64 + экзамен энергетике Теоретическая физика 256 128 128 + + экзамен твердого тела Взаимодействие 256 128 128 + + зачет электромагнитного излучения с конденсированными средами Интегральная и 128 64 64 + экзамен волоконная оптика Полупроводниковые 64 32 32 + зачет квантовые генераторы и гетероструктуры Фотоника 240 128 112 + + экзамен Практикум: физика 256 128 128 + + зачет твердого тела Экспериментальные 128 64 64 + экзамен методы физики сверхпроводимости Криогенные устройства 128 64 64 + зачет для энергетики Квантовомеханические 128 64 64 + зачт методы расчета свойств наносистем и ансамблей кластеров Сверхпроводники в 128 64 64 + электроэнергетике Маркетинг и 128 64 64 ++ зачет менеджмент Практикум: физика 256 128 128 ++ зачет наносистем Слаботочная 128 64 64 + экзамен сверхпроводимость Методы исследования 96 64 32 + экзамен конденсированных сред и наноструктур с использованием синхротронного излучения наноструктурированных квантовая электроника исследовательская 2.3.2. Примерные рабочие программы учебных дисциплин подготовки магистров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Функциональные наноматериалы для энергетики»:

В профессиональном цикле предполагается изучение следующих учебных дисциплин:

Базовая часть экспериментальная физика наноструктур, современные проблемы физики конденсированного состояния вещества и наноструктур, фазовые переходы в низкоразмерных системах, наноматериалы в энергетике, компьютерное моделирование и компьютерный эксперимент Вариативная часть теоретическая физика твердого тела, экспериментальные методы физики сверхпроводимости, слаботочная сверхпроводимость, криогенные устройства для энергетики, методы исследования конденсированных сред и наноструктур с использованием синхротронного излучения, квантовомеханические методы расчета свойств наносистем и ансамблей кластеров, технология тонких наноструктурированных пленок, сверхпроводники в электроэнергетике, взаимодействие электромагнитного излучения с конденсированными средами, интегральная и волоконная оптика, полупроводниковые квантовые генераторы и гетероструктуры, теоретическая квантовая электроника, маркетинг и менеджмент, практикум: Физика наносистем, практикум: Физика твердого тела а также «научно-исследовательская работа студентов и практика».

Содержание этих дисциплин также соответствует действующему образовательному стандарту «Нанотехнология» и дает углубленное изучение специальных дисциплин «наноматериалы в энергетике», «теоретическая физика твердого тела», «экспериментальные методы физики сверхпроводимости», «слаботочная сверхпроводимость», «криогенные устройства для энергетики», «компьютерное моделирование и компьютерный экперимент», в соответствии с профилем «Функциональные наноматериалы для энергетики».

А. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЦИКЛ

70 недель, 3216 часов, из них 800 часов лекционных занятий, 576 часов практических занятий, 256 часов лабораторных занятий, 1584 часов самостоятельной работы.

100,5 зачетной единицы.

Базовая часть – 70 недель, 640 часов, из них 160 часов лекционных занятий, часов практических занятий, 320 часов самостоятельной работы.

20 зачетных единиц

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА НАНОСТРУКТУР

18 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

1 лекцияВведение. Низкоразмерные физические системы. Типы и виды наноструктур. Квантовые ямы, проволоки, точки 2 лекцияПолупроводниковые наноструктуры, гетеропереходы. Свойства полупроводников A3B5. Легирование 3 лекцияМетоды создания наноструктур. Понятие эпитаксии. Молекулярнолучевая эпитаксия, лазерное и магнетронное распыление 4 лекция Оптическая, электронная и рентгеновская литография. Методы изготовления электрических контактов 5 лекцияЭлектрические методы исследования. Вольт-амперные характеристики.

Двух-контактный и четырех-контактный методы. Классический эффект Холла.

Метод Ван-дер-Пау 6 лекцияПринципы резонансного туннелирования. Резонансно-туннельный диод (РТД) на двух-барьерных и трех-барьерных структурах. Вольт-амперные характеристики РТД. Генерация излучения на РТД.

7 лекция Вольтфарадные характеристики структур с квантовыми ямами.

Методы измерения вольт-фарадных характеристик Экспериментальное изучение квантового эффекта Холла и осцилляций Шубникова-де-Гааза в двумерном электронном газе.

9 лекция Оптические методы исследования наноструктур. Основы фотолюминесценции. Фотолюминесценция квантово-размерных структур 10 лекция Теория автоэлектронной эмиссии.

11 лекция Автоионный и автоэлектронный микроскопы.

12 лекция. Принципы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп.

13 лекция. Атомно-силовой микроскоп 14 лекция Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения 15 лекция Нанотрубки и родственные структуры 16 лекция Применения наноструктур

ЛИТЕРАТУРА

Основная 1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том 3.

Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М.: Наука, Дополнительная 1. Дж.М. Мартинес-Дуарт, Р.Дж. Мартин-Палма, Ф.АгуллоРуеда. Нанотехнологии для микро и оптоэлектроники. М.:

2. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые 3. Ч. Пул-мл., Ф.Оуэнс.Нанотехнологии. 3-е издание. М.:

4. Н.Герасименко, Ю.Пархоменко. Кремний – материал для 6. Зондовые нанотехнологии в электронике / В. К. Неволин. М. : Техносфера, 2005. - 147 с.

Список Интернет-ресурсов.

www.nanonewsnet.ru www.nanomarket.ru www.nanometer.ru www.nanotech.ru В курсе даются сведения о различных низкоразмерных физических системах.

Рассматриваются методы их приготовления и исследования. Основное внимание уделяется технике проведения физических экспериментов с низкоразмерными объектами и обсуждению физических причин наблюдаемых явлений. Рассматриваются основные области применения наноструктур.

Учебная задача: Обучение студентов экспериментальным методам исследования и практического применения физических свойств различных наноструктур.

Формы контроля: итоговый – экзамен Входные компетенции. Для успешного освоения курса студент должен знать:

1.Понятия и методыматематического анализа: дифференциальное исчисление, интегральное исчисление и функции многих переменных; обыкновенные дифференциальные уравнения;теорию вероятности и математическую статистику; необходимое и достаточные условия экстремума функционала, ряды и интеграл Фурье, прямое и обратное преобразование Фурье общую схему и методы решения уравнений в частных производных, специальные функции математической физики;

2. Физику: механику, молекулярную физику и основы статистической термодинамики, электричество и магнетизм,волны и оптику;

3. Химию: химические элементы и их соединения, методы и средства химического исследования вещества;

4.Термодинамику: идеальных, Ферми- и Бозе-газов;

5.Квантовую механику: квантование свободного электромагнитного поля;

6. Теоретические основы электротехники: основные понятия и законы электрических и магнитных цепей; методы анализа цепей постоянного и переменного токов; материалов электронной техники и их электрофизических свойств, 7. Физических основы электроники: характеристик и параметров p-n – перехода, принципов действия полупроводниковых и электронных приборов;

8.Физику твердого тела: основы зонной теории, электрон-фононное взаимодействие.

Кроме этого, студент должен владеть:

- Методами математического анализа и моделирования;

- Методами решения задач анализа и расчета характеристик физических систем, основными приемами обработки экспериментальных данных;

- Основными методами работы на ПЭВМ в том числе методами работы с дифференциальных уравнений в частных производных, основными теоретическими методами для анализа экспериментальных данных.

Выходные компетенции студентов:

Студент должен знать следующие разделы:

-Типы и виды наноструктур,квантовые ямы, проволоки, точки.

-Понятие гетеропереходов.

-Свойства германия и кремния.

-Свойства полупроводниковых соединений типа AIIIBV.

-Характеристики твердых растворов (тройные сплавы) на основе соединений AIIIBV.

-Мелкие доноры и мелкие акцепторы,дельта-легирование.

-Понятие эпитаксии.

-Принципы молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) Особенности МЛЭ.

-Критическая температура эпитакии.

-Оптическая, электронная и рентгеновская литография.

-Методы изготовления электрических контактов,особенности двух и четырехконтактой схемы измерений.

-Классический эффект Холла в случае одного и двух типов носителей.

-Метод Ван-дер-Пау,измерение и применение вольтфарадных характеристик.

-Принципы резонансного туннелирования,вольт-амперные характеристики двух- и трехбарьерного резонансно-туннельного диода.

-Генерация микроволнового излучения в квантово-размерных диодных резонансно-туннельных структурах.

-Понятие двумерного электронного газа.

-Целочисленный и дробный квантовый эффект Холла.

-Осцилляции Шубникова де Гааза.

-Понятие люминесценции,особенности фотолюминесценции.

-Люминесценция свободных экситонов.

-Идентификация примесей.

-Фотолюминесценция квантово-размерных структур.

-Физические основы автоэлектронной эмиссии,теория Фаулера-Нордгейма.

-Полевая эмиссионная микроскопия.

-Автоэлектронный и автоионный микроскопы.

-Принципы зондовой микроскопии.

-Сканирующий туннельный микроскоп.

-Режимы обратной связи,параметры, влияющие на туннельный ток.

-Принципы атомно-силовой микроскопия.

-Контактная, полуконтактная, бесконтакная моды.

-Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения.

-Свойства и характеристики углеродные нанотрубок. Хиральность.

-Методы получения нанотрубок,практическое использование нанотрубок.

-Применение наноструктур.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЙ

ЭКСПЕРИМЕНТ

18 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА И НАНОСТРУКТУР

17 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

1 неделя. Обычный эффект Холла. Применение. Случай сильного и слабого поля. Понятие магнитной длины. Двумерныйэлектронный газ.

2 неделя. Целый квантовый эффект Холла. История открытия. Теоретическое объяснение. Квантование уровней в магнитном поле (подуровни Ландау).

3 неделя. Дробный квантовый эффект Холла. История открытия и современное состояние эксперимента. Система уровней в первой зоне Ландау. Понятие Лафлиновской жидкости как нового состояния двумерного электронного газа.

Возбуждения с дробным зарядом.

4 неделя. Теоретические и экспериментальные исследования дробного эффекта Холла. Фазовые переходы кристалл Вигнера – жидкость Лафлина. Численное моделирование.

5 неделя. Обычные (низкотемпературные) сверхпроводники. Исторический очерк. Основные экспериментальные данные и теоретические представления.

Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) и структуры типа А15.

История открытия.

низкотемпературных соединений. Основные эксперименты.

7 неделя. Влияние давления, облучения, примесей, внешних полей на ВТСП.

Кристаллическая структура. Эффект Холла. Фазовые диаграммы.

Антиферромагнитное упорядочение. Особенности вихревого состояния.

8 неделя. Особенности электронного строения, поверхность Ферми, дисперсия возбуждений. Эксперимент. Симметрия сверхпроводящей щели, s- и dспаривание. Обзор теоретических моделей ВТСП. Модели с электронфононным механизмом спаривания.

9 неделя. Нефононные механизмы спаривания носителей заряда в ВТСП.

“Спиновые мешки” Шриффера и модель RVB Андерсона. Экситонный механизм. Плазмонная модель. Модель Хаббарда. Основные свойства и применение к ВТСП. t-J- модель и многозонная модель Эмери для плоскости CuO2.

10 неделя. Теоретические и численные исследования моделей ВТСП. Методы точной диагонализации и Монте-Карло. Экспериментальные наблюдения поверхности Ферми из фотоэмиссионных спектров. Численное восстановление обобщенной плотности состояний, дисперсии квазичастиц и эквипотенциальных поверхностей из данных метода Монте-Карло.

11 неделя. Сверхтекучесть изотопа He. Исторический очерк.

Экспериментальные данные. Теория Ландау сверхтекучей бозе-жидкости.

Возбуждения. Гидродинимика.

12 неделя. Изотоп 3He – сверхтекучая ферми-жидкость. История открытия.

Эффект Померанчука. Три сверхтекучие фазы. Теоретические представления. Рспаривание. Фаза Андерсона-Морела и Бальяна-Вертхамера. Смеси 3He в 4He.

Уровни Андреева.

13 неделя. Бозе-конденсация в газовой фазе. Спин-поляризованный водород.

Эксперименты в щелочных металлах. Сверхнизкое охлаждение. Наблюдение бозе-конденсата. Трехчастичная рекомбинация и закон “1/6”. Трехмерный и двумерный газ – проблемы конденсации.

14 неделя. Протекание жидкого гелия в тонких пористых каналах. Фазовые переходы моттовский изолятор – сверхтекучая жидкость. Низкоразмерная сверхтекучесть. Проблема существования фазовых переходов. Критерии.

Примеры. Бозонная модель Хаббарда. Фазовые диаграммы сверхтекучесть – бозе-стекло – моттовский изолятор. Связь с другими моделями. Сверхтоковые состояния.

15 неделя. Критерии фазовых переходов для одномерных систем. Особенности одномерной ситуации. Понятие о ренормализационной группе. Теоретические исследования критических точек в бозонной модели Хаббарда.

16 неделя. Спиновые цепочки, плоскости. Анизотропные модели Гейзенберга.

Фазовые диаграммы. Треугольная решетка и решетка Кагоме. Фазовые переходы в спин-1 одномерной модели. Магнитные макромолекулы – наномагниты. Сканирующий туннельный микроскоп.

Список литературы Основная:

1. Браут Р. Фазовые переходы.М.:Мир, 1967. 288 с.

2 Елесин В.Ф., Кашурников В.А. Физика фазовых переходов. Учебное пособие.

М.: МИФИ, 1997.177с.

3. Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. М.: Наука, 1982. 238 с.

4. Де Жен П. Сверхпроводимость металлов и сплавов. М.: Мир, 1968.

5. Александров А.С., Елесин В.Ф. Физика сверхпроводимости. М.: МИФИ, 1979.

6. Александров А.С.,Елесин В.Ф., Павловский В.В. Сборник задач по физике сверхпроводимости. М.:МИФИ, 1986.

7. Александров А.С., Елесин В.Ф., Павловский В.В. Физика сверхпроводимости.

Электродинамика сверхпроводников. М.: МИФИ, 1985.

Дополнительная:

1. Займан Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1966.

2 Изюмов Ю.А., Скрябин Ю.Н. Статистическая механика магнитоупорядоченных систем. М.:Наука,1987, 264с.

3. Мотт Н.Ф.Переходы металл-изолятор.М.:Наука,1979, 342с.

4. Паташинский Д.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. М.:Наука, 1982. 381 с.

5. Свидзинский А.В. Пространственно-неоднородные задачи теории сверхпроводимости. М.:Наука,1970, 311с.

6. Высокотемпературные сверхпроводники. Под ред. Д.

Нелсона,М.Уиттинхема,Т.Джорджа.М.:Мир,1988,400 с.

Представлены основные обзорные данные по эксперименту и теории целого и дробногоквантового эффекта Холла, основные результаты исследований по высокотемпературнымсверхпроводникам, обзорно рассмотрены основные модели, претендующие на описаниемеханизма притяжения носителей заряда в ВТСП. Рассмотрены основные физическиеявления, сопровождающие сверхтекучие фазовые переходы в гелии-3 и гелии-4, различиефазовых сильнокоррелированныхсистемах, таких как сверхтекучий гелий в одномерных каналах, спиновые цепочки илестницы и т.д., бозе-конденсация в щелочных металлах. Материал сопровождаетсяобзором истории открытия явлений, библиографическими ссылками, если необходимо,достаточно детальным изложением теоретических представлений, по выборочным темампредлагаются подробно разобранные задачи.

Из содержания курса и того, что данный курс читается на первом семестре магистратуры, следует цель курса – ознакомление с современными взглядами на актуальные проблемы физикитвердого тела, интенсивно развиваемые в последнее время, на вопросы современнойтеории и эксперимента, на наиболее яркие научные достижения последних 15- летразвития физики конденсированного состояния.

Входные компетенции студентов: Для освоения данного курса студент должен знать следующие дисциплины:

уравнения математической физики, квантовая механика, теория вероятностей, статистическая физика, термодинамика, физика твердого тела.

Выходные компетенции студентов:

По окончании данного курса студент должен знать:

-теорию фазовых переходов, -формализмвторичного квантования, -модели сильнокоррелированных систем, -теорию БКШ, теорию, Гинзбурга – Ландау, -теорию эффекта Холла, -основные свойства ВТСП.

-Современную ситуацию в физике твердого тела и физике наносистем.

-Понятие Бозе-конденсата. Наблюдение.

-Понятие о мотовском изоляторе.

-Явление сверхтекучести. Теорию и эксперимент.

-применять теоретические знания для решения задач в области фазовых переходов в коррелированных системах, -применять теоретические знания для исследования моделей в области фазовых переходов в коррелированных системах.

По окончании данного курса студент должен владеть:

-методами вторичного квантования, -методами теории БКШ, -методами теории фазовых переходов Гинзбурга – Ландау.

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМАХ

18 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

1 неделя. Введение. Фазовые переходы в системе многих частиц.

Классификация фазовых переходов. Нарушения симметрии при фазовом переходе. Переход парамагнетик – ферромагнетик. Поле упорядочения.

Обменноевзаимодействие.

2 неделя. Модель Изинга. Приближение поля Вейсса. Уравнение Вейсса.

Свободная энергия ферромагнетика в модели Изинга. Температура перехода Кюри-Вейса. Теплоемкость, восприимчивость, учет флуктуаций.

3 неделя. Точные решения в одномерной и двумерной моделях Изинга.

Отсутствие фазового перехода в одномерном случае.

4 неделя. Модель Гейзенберга для ферромагнетиков. Квантовая и классическая модели. Основное состояние. Возбуждения в ферромагнетике. Спиновые волны.

Магноны. Термодинамика магнонов.

5 неделя. Антиферромагнетизм. Основное состояние. Спектр и термодинамика возбуждений в антиферромагнетиках. Классическая антиферромагнитная модель. Понятие о ферримагнетизме.

6 неделя. Переход пар – жидкость. Конденсация. Уравнение Ван-дер-Вальса.

Модель решеточного газа. Переход жидкость – твердое тело. Кристаллизация.

7 неделя. Зонная теория ферромагнетизма. Спиновый парамагнетизм в теории Стонера. Переход металл – диэлектрик. Модель Хаббарда. Модели Мотта.

Переход металл – диэлектрик в неупорядоченных системах. Модель Андерсона.

8 неделя. Бозе-эйнштейновская конденсация. Возбуждения в неидеальном бозегазе. Сверхтекучесть. Критерийсверхтекучести Ландау.

9 неделя. Сверхпроводимость как термодинамический фазовый переход второго рода. Основные экспериментальные факты для сверхпроводников. Обзор феноменологических теорий сверхпроводимости. Теория Лондонов. Природа эффективного притяжения между электронами. Диэлектрический формализм.

10 неделя. Куперовские пары. Энергия связи и радиус. Теория БКШ.

Гамильтониан БКШ. Волновая функция БКШ. Уравнение для параметра порядка при нулевой температуре. Энергия конденсации.

11 неделя. Возбуждения в сверхпроводниках. Спектр возбуждений. Щель в спектре возбуждений. Основное уравнение БКШ. Критическая температура перехода. Термодинамика сверхпроводников. Теплоемкость и ее температурная зависимость.

12 неделя. Теория эффекта Мейснера. Глубина проникновения. Поглощение электромагнитного поля и ультразвука. Туннельный эффект. Эффект Джозефсона. Неравновесная сверхпроводимость при электромагнитной и туннельной инжекции.

13 неделя. Уравнения Гинзбурга-Ландау (Г-Л) для пространственнонеоднородных систем. Функционал Г-Л. Феноменологический вывод.

Лондоновская длина. Длина когерентности. Параметр Г-Л. Теория Боголюбова и уравнения Боголюбова. Квазичастицы Боголюбова.

Термодинамический потенциал сверхпроводника. Сверхпроводники первого и второго рода. Неоднородное проникновение магнитного поля. Вихри Абрикосова. Структураи свойства вихревых нитей.

15 неделя. Взаимодействие вихревых нитей. Решетка вихрей. Намагниченность сверхпроводников первого и второго рода. Теорема площадей. Влияние неоднородностей, границ и дефектов на проникновение магнитного поля.

16 неделя. Поверхностная сверхпроводимость. Контактные явления. Тонкие пленки. Жесткие сверхпроводники второго рода. Пиннинг нитей. Критический ток. Критическое состояние. Вязкое движение и крип вихрей. "Грязные" сверхпроводники. Влияние немагнитных и магнитных примесей на критическую температуру. Теорема Андерсона.

Список литературы Основная:

1. Браут Р. Фазовые переходы.М.:Мир, 1967. 288 с.

2 Елесин В.Ф., Кашурников В.А. Физика фазовых переходов. Учебное пособие.

М.: МИФИ, 1997.177с.

3. Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. М.: Наука, 1982. 238 с.

4. Де Жен П. Сверхпроводимость металлов и сплавов. М.: Мир, 1968.

5. Александров А.С., Елесин В.Ф. Физика сверхпроводимости. М.: МИФИ, 1979.

6. Александров А.С.,Елесин В.Ф., Павловский В.В. Сборник задач по физике сверхпроводимости. М.:МИФИ, 1986.

7. Александров А.С., Елесин В.Ф., Павловский В.В. Физика сверхпроводимости. Электродинамика сверхпроводников. М.: МИФИ, 1985.

Дополнительная:

1. Займан Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1966.

2 Изюмов Ю.А., Скрябин Ю.Н. Статистическая механика магнитоупорядоченных систем. М.:Наука,1987, 264с.

3. Мотт Н.Ф.Переходы металл-изолятор.М.:Наука,1979, 342с.

4. Паташинский Д.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. М.:Наука, 1982. 381 с.

5. Свидзинский А.В. Пространственно-неоднородные задачи теории сверхпроводимости. М.:Наука,1970, 311с.

6. Высокотемпературные сверхпроводники. Под ред. Д.

Нелсона,М.Уиттинхема,Т.Джорджа.М.:Мир,1988,400 с.

Входные компетенции студентов:

Уравнения математической физики, Квантовую механику, Теорию вероятностей, Статистическую физику, Термодинамику, Физику твердого тела.

Выходные компетенции студентов:По окончании данного курса студент должен знать:

теорию фазовых переходов, формализмвторичного квантования, модели сильнокоррелированных систем, теорию БКШ, теорию, Гинзбурга – Ландау, теорию эффекта Холла, основные свойства ВТСП.

По окончании данного курса студент должен уметь:

- применять теоретические знания для решения задач в области фазовых переходов в коррелированных системах, - применять теоретические знания для исследования моделей в области фазовых переходов в коррелированных системах.

По окончании данного курса студент должен владеть:

- методами вторичного квантования, - методами теории БКШ, - методами теории фазовых переходов Гинзбурга – Ландау.

НАНОМАТЕРИАЛЫ В ЭНЕРГЕТИКЕ

17 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

Основные физико-технические проблемы энергетики. Функциональные требования к различным материалам в энергетике. Сверхпроводящие материалы для передачи эелектроэнергии с минимальными потерями.

Применение наноматериалов для уменьшения потерь.

Функциональные требования к материалам в атомной энергетике.

Лучевая стойкость материалов. Теплофизические характеристики материалов.

Тонкопленочные наноматериалы и покрытия свойства поверхностей с нанопокрытием. Проблемы стеклования радиоактивных отходов. Синтез наноматериалов. Общие принципы создания наноматериалов с заданными свойствами.

Существующие наноматериалы и перспективы развития области.

Выходные компетенции:

- знание материаловедческих проблем энергетики -знание основных принципов синтеза объемных и поверхностных наноматериалов -понимание принципов разработки новых наноматериалов для задач энергетики.

ВАРИАТИВНАЯ ЧАСТЬ

70 недель, 2576 часов, из них 640 часов лекционных занятий, 416 часов практических занятий, 256 часов лабораторных занятий, 1264 часа самостоятельной работы.

80,5 зачетной единицы.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

18 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы. Кафедра № 32. Теоретическая ядерная физика 1-я неделя Конденсированное состояние системы макроскопического числа частиц с произвольным взаимодействием.

2-я неделя Кристаллическая и аморфная фазы. Квантовые жидкость и газ.

3-я неделя Колебания атомов в произвольном твердом теле. Адиабатическое приближение.

4-я неделя Система уравнений движения и набор собственных частот в гармоническом приближении.

5-я неделя Кристаллическая симметрия, элементарная ячейка. Одно- и многоатомные кристаллы. Примеры одномерных кристаллов.

6-я неделя Система уравнений движения атомов элементарной ячейки.

Квазиволновой вектор.

7-я неделя Колебания атомов линейного одноатомного кристалла.

Акустический спектр.

8-я неделя Отношение смещений соседних атомов, групповая и фазовая скорости распространения волн смещений.

9-я неделя Спектр колебаний двухатомного кристалла. Акустические и оптические частоты.

10-я неделя Скорости распространения и относительные смещения атомов.

11-я неделя Периодическая зависимость собственных частот и векторов смещения от квазиволнового вектора. Обратная рештка и е базис.

12-я неделя Длинноволновое приближение для частот и амплитуд смещения атомов в произвольном кристалле.

13-я неделя Числа акустических и оптических частот.

14-я неделя Квантование колебаний атомов. Фононы.

15-я неделя Оператор смещения и его матричные элементы.

16-я неделя Средний квадрат смещения атома.

специализирующимся по теоретической физике, прикладной математической физике, физике твердого тела и квантовой электронике и физике сверхпроводимости. Курс посвящен анализу физических свойств кристаллов и последовательному построению аналитических моделей спектров возбуждения и их проявлений в физических свойствах кристаллов. В данном курсе с единой точки зрения особое внимание уделено теоретическому рассмотрению элементарных коллективных возбуждений в твердых телах: фононы, электроны, плазмоны, магноны, а также процессы взаимодействия между ними.

Курс знакомит студентов с основными методами, используемыми при теоретическом описании различных физических явлений в конденсированных средах.

Для восприятия курса необходимы знания высшей математики, аналитической механики, квантовой механики и статистической физики в стандартном объеме, как эти курсы читаются в МИФИ на факультете Экспериментальной и теоретической физики.

Цель курса – научить студентов работе с экспериментальными данными по параметрам кристаллов, основным способам описания систем многих частиц с взаимодействием, связи конкретных данных с теоретическим описанием из первых принципов основных параметров твердого тела Данный курс фактически завершает базовую часть теоретической физики как студентовтеоретиков, так и студентов- экспериментаторов.

По окончании данного курса студент должен знать следующие вопросы современной теории физики конденсированного состояния вещества:

1. Конденсированное состояние системы макроскопического числа частиц с произвольным взаимодействием.

2. Кристаллическая и аморфная фазы.

3. Квантовые жидкость и газ.

4. Колебания атомов в произвольном твердом теле. Адиабатическое приближение.

5. Система уравнений движения и набор собственных частот в гармоническом приближении.

6. Кристаллическая симметрия, элементарная ячейка.

7. Одно- и многоатомные кристаллы. Примеры одномерных кристаллов.

8. Система уравнений движения атомов элементарной ячейки.

9. Квазиволновой вектор.

10. Колебания атомов линейного одноатомного кристалла. Акустический спектр.

11. Отношение смещений соседних атомов, групповая и фазовая скорости распространения волн смещений.

12. Спектр колебаний двухатомного кристалла. Акустические и оптические частоты.

13. Скорости распространения и относительные смещения атомов.

14. Периодическая зависимость собственных частот и векторов смещения от квазиволнового вектора.

15. Обратная рештка и е базис.

16. Длинноволновое приближение для частот и амплитуд смещения атомов в произвольном кристалле. Числа акустических и оптических частот.

17. Полнота и ортонормированность собственных векторов смещений атомов в произвольном кристалле.

18. Представление смещения любого атома по собственным векторам.

Преобразование полной энергии колеблющихся атомов к представлению собственных колебаний.

19. Квантование колебаний атомов. Фононы.

20. Оператор смещения и его матричные элементы.

21. Средний квадрат смещения атома.

22. Термодинамика колеблющегося кристалла.

23. Тепловая энергия и тепломкость.

24. Температурное поведение тепломкости.

25. Дебаевское приближение. Уравнение состояния.

26. Температурное поведение среднего квадрата смещения любого атома в кристалле.

27. Неустойчивость 1- и 2-х мерных кристаллов.

28. Эффект Мссбауэра. Вероятность эффекта и его температурное поведение.

29. Восстановление характеристик кристаллов по анализу вероятности эффекта Мссбауэра в ранних системах.

30. Рассеяние внешнего излучения на колеблющемся кристалле.

31. Вероятность рассеяния в приближении тонкого кристалла.

32. Упругое и неупругое когерентное рассеяние.

33. Восстановление фононного спектра кристаллов по результатам неупругого однофононного рассеяния нейтронов.

34. Времена жизни фононов.

35. Упругое и неупругое некогерентное рассеяние нейтронов.

36. Восстановление функции плотности фононных частот.

37. Гамильтониан системы взаимодействующих магнитных моментов атомов в ферромагнетике. Преобразование гамильтониана к представлению с выделенной магнитным полем осью.

38. Основное состояние и возбуждение магнонов.

39. Термодинамика ферромагнетика. Т 40. емпературное поведение тепломкости и макроскопического магнитного момента.

41. Ферромагнетизм как пример фазового перехода 2-го рода.

ЛИТЕРАТУРА

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С

КОНДЕНСИРОВАННЫМИ СРЕДАМИ

18 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

1 неделя. Введение.Предмет изучения. Краткий обзор современных проблем физики взаимодействия электромагнитного (оптического) излучения с веществом.

2 неделя. Классическое и квантовомеханическое описания электромагнитного поля. Гармонический осциллятор в когерентном состоянии, электромагнитное поле в резонаторе, уравнение Максвелла о времени, понятие когерентности высших порядков. Нелинейные свойства вещества (нелинейные восприимчивости, модель ангармонического осциллятора, методы квантовомеханических расчетов и методика измерений, резонансные ситуации).

3 неделя. Распространение электромагнитной волны в нелинейной среде.

Нелинейная геометрическая оптика, нелинейное параболическое уравнение, критерии устойчивости плоской волны в нелинейной среде, самофокусировка и самоканализация пучков света, самосжатие импульсов излучения, фазовая самомодуляция.

4 неделя. Взаимодействие электромагнитных волн через нелинейную среду. Фундаментальные аспекты нелинейной оптики, генерация гармоник и смешение частот, пространственный синхронизм и способы его создания, параметрические процессы, параметрические генераторы, нелинейное отражение света от границы среды, нелинейная дифракция, нелинейная оптика одномерной среды.

5 неделя. Спонтанные вынужденные процессы рассеяния света.Механизмы вынужденных рассеяний комбинационное (рамановское) рассеяние, вынужденное рассеяние Мандельштамма-Бриллюэна, магнитооптика, взаимодействие инфракрасных волн с упругими волнами в кристаллах.

поглощение, многофотонная ионизация вещества, энергетический спектр атома и молекулы в сильном электромагнитном поле, перестройка спектра кристаллов в сильном переменном поле, понятие квазиэнергии, точно решаемые модели, нелинейный фотоэффект в металле.

7 неделя. Когерентные взаимодействия.Двухуровневая модель для одно- и двухфотонного резонанса, эффект самоиндуцированной прозрачности, оптическая нутация, фотонное (световое) эхо, адиабатическое прохождение, импульсы, нестационарные нелинейнооптические эффекты в резонансных условиях, динамика спектроскопических переходов.

8 неделя. Нелинейные эффекты в плазме. Нагрев электронной и ионной подсистемы, роль столкновений, электрострикций, особенности генерации гармоник и комбинационного рассеяния. Оптический пробой в газах и твердых телах. Механизмы пробоя в газе в стационарном и переменном электрических поле, электронная лавина, лазерная искра, пробой в твердых телах и кристаллах, влияние примесей и несовершенств кристаллов на их оптическую прочность.

воздействии мощного лазерного излучения. Нелинейные процессы поглощения энергии излучения веществом, критерии разрушения сплошных образцов и малых частиц (аэрозолей), процессы на границе раздела сред, роль дефектов.

биологические объекты. Механизм действия излучения на ретину глаза, на вирусные частицы, влияние красителей, фотобиохимические процессы, взаимодействие света с бактериородопсином, способы защиты от лазерного излучения.

11 неделя. Динамические процессы взаимодействия лазерного излучения с веществом.Образование многозарядовых ионов, лазерный факел, гидродинамический разлет вещества, возникновение ударных волн, импульс отдачи.

12 неделя. Нелинейная спектроскопия. Лэмбовский провал, двухфотонный резонанс на встречных пучках, способы создания узких нелинейных резонансов, методы спектроскопии высокого разрешения, конкретная оптическая спектроскопия. Лазерная фотохимия. Фотохимические реакции, двухступенчатое возбуждение, селективная фотопредиссоциация, лазерные методы разделения изотопов. Лазерный термоядерный синтез. Оценка пороговой энергии, тепловыделение в реакции, адиабатическое сжатие, оболочечные мишени. Обзор перспективных применений лазерных источников в науке, технике и медицине.

13 неделя. Электромагнитные поля в ограниченных средах.

Граничные условия для уравнения Максвелла, полное внутреннее отражение, оптические моды световодов и их общие свойства. Аналогия с квантовой механикой, распространение света в планарном и цилиндрическом световодах;

многомодовые и одномодовые световоды. Методы создания световодов.

14 неделя. Распространение ультракоротких оптических импульсов в световодах. Ультракороткий оптический импульс и его взаимодействие со средой, импульс в световоде, нелинейные процессы, солитон и его перспективное использование для передачи информации по световодам, резонансные эффекты, явления бистабильности и возможности ее использования в интегральной оптике.

Ответвители и их описание в формализме связанных мод; модуляторы и физические процессы, определяющие механизм их действия электрооптические, магнитооптические эффекты; описание модуляторов в схеме связанных мод; дефлекторы и способы их реализации; методы ввода и вывода излучения в световодах и их сравнительная эффективность. Оптические потери на поглощение, рассеяние на дефектах, при изгибе световода, связь с излучательными модами.

16 неделя. Основы квантовой теории излучения и роль статистических процессов. Квантовомеханическое описание электромагнитного поля, когерентные свойства фотонов, распределение фотонов для когерентного хаотического света, фотоны в световодах, статические свойства фотонов и нелинейная оптика, нелинейные эффекты в поле шумовой накачки. Перспективы применений оптических методов в физике и технике. Оптоэлектроника как новая отрасль современной электроники, оптические методы обработки информации, оптические логические элементы для вычислительных систем, оптические процессоры и будущие когерентные оптические вычислительные машины.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Входные компетенции студентов:

Студент должен знать следующие дисциплины:

4. Физика. Атомная физика.

5. Уравнения математической физики.

Выходные компетенции студентов:

взаимодействия излучения с веществом:

1. Классическое и квантовомеханическое описания электромагнитного поля.

соответствующих измерений.

4. Распространение электромагнитной волны в нелинейной среде.

5. Фундаментальные аспекты нелинейной оптики.

6. Взаимодействие электромагнитных волн через нелинейную среду.

7. Механизмы вынужденных рассеяний света.

8. Многофотонные процессы.

9. Двухуровневая модель для одно- и двухфотонного резонанса.

10. Фотонное эхо.

11. Многофотонные процессы.

12. Нелинейные эффекты в плазме.

13. Оптический пробой в газах и твердых телах.

14. Механизмы разрушения твердых тел при воздействии мощного лазерного излучения.

15. Нелинейные процессы поглощения энергии излучения веществом.

16. Механизмы воздействия лазерного излучения на биологические объекты.

17. Динамические процессы взаимодействия излучения с веществом.

18. Основы нелинейной спектроскопии.

19. Лазерная фотохимия.

20. Лазерный термоядерный синтез.

21. Электромагнитные поля в ограниченных средах.

22. Ультракороткий оптический импульс и его взаимодействие со средой.

23. Явления бистабильности и возможности ее использования в интегральной оптике.

24. Методы управления световыми потоками.

25. Оптические потери.

26. Перспективы применений оптических методов в физике и технике.

27. Основные методы и перспективы оптоэлектроники.

ИНТЕГРАЛЬНАЯ И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА

18 недель, 64 часа, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа самостоятельной работы.

Волноводные системы, применяемые в интегральной оптике. Теория плоского диэлектрического волновода. Дисперсионное уравнение. Моды. Волноводы с неоднородным распределением показателя преломления. Методы изготовления волноводов. Потери в оптических волноводах. Связанные диэлектрические волноводы. Методы ввода-вывода излучения в оптические волноводы. Элементы интегральной оптики: разветвители, призмы, линзы, поляризаторы, фильтры. Электрооптические и акустооптические модуляторы.

Интегрально-оптические детекторы. Особенности нелинейных преобразований в интегральной оптике. Измерение основных параметров интегрально-оптических элементов. Примеры интегрально-оптических схем.

Фотоприемники устройства. Планарные акустооптические анализаторы спектра ВЧ-сигналов. Планарные уплотнители и разуплотнители для современных оптических линий связи. Схема и характеристики элементов ВОЛС. Основные характеристики волоконных световодов.

Выходные компетенции:

- знание основных методов обработки сигналов с помощью интегральных оптических устройств -знание принципов построения интегрально-оптических схем -понимание способов моделировани интегральных оптических устройств и солноводных линий связи.

Литература:

1. Карлов Н. Лекции по квантовой электронике. М.: Наука, 1983, 1988.

2. Унгер X. Г. Планарные и волоконные оптические волноводы. М.: Мир, 1980.

3. Мидвинтер Дж. Волоконные световоды для передачи информации. М.: Радио и связь, 1983.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И

ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ

18 недель, 64 часа, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа самостоятельной работы.

1 неделя. Введение. Особенности полупроводниковых лазеров (ПЛ).Возможность непосредственного преобразования энергии электрического тока в световую энергию. Высокий КПД.Компактность.

2 неделя.Различные методы возбуждения и режимы работы.

Области применения (оптическая связь, проекционное телевидение, дальнометрия, спектроскопия и т.д.).

3 неделя. Описание электромагнитного поля. Волновые функции электронов в полупроводниках.

4 неделя. Взаимодействие света с полупроводником.

полупроводниках при межзонных переходах.

6 неделя.Прямые и непрямые переходы в полупроводниках.

7 неделя.Спонтанное и вын ужденное излучение свет а в полупроводниках.

8 неделя.Выражение для усиления и поглощения. Условие получения усиления электромагнитного излучения в полупроводниках.

возбуждения для получения усиления.

10 неделя. Инжекционные лазеры (ИЛ).

11 неделя.Условие получения усиления при инжекции тока через рn переход. Условие самовозбуждения.

12 неделя. Обратная связь, резонаторы. КПД ИЛ. Зависимость порогового тока от температуры.

13 неделя. Гетеролазеры. Оптическое ограничение.

14 неделя. ИЛ на квантовых ямах и квантовых точках. Монолитные линейки ИЛ. Динамика излучения ИЛ и спектральный состав.

15 неделя. Методы изготовления ИЛ. Применения ИЛ (связь, локация и т.д).

возбуждением. Процесс прохождения быстрых электронов через твердое тело.

Распределение неравновесных электронно-дырочных пар по энергиям.

Оценка плотности порогового тока.

17 неделя. Поперечная ипродольная накачка. КПД. Применения (лазерная электронно-лучевая трубка – ЛЭЛТ, локация). Перспективы развития.

18 неделя.Другие методы возбуждения ПЛ. Метод оптического возбуждения, импульсный метод возбуждения ПЛ сильным электрическим полем. Стриммерные ПЛ. ПЛ при образовании доменов Ганна.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Входные компетенции студентов:

Студент должен знать следующие дисциплины:

1. Линейная алгебра 2. Теория вероятности.

3. Физика. Волны и оптика.

4. Физика. Атомная физика.

5. Уравнения математической физики.

7. Квантовая физика.

8. Физика твердого тела.

Выходные компетенции студентов:

Студент будет знать:

1. Особенности полупроводниковых лазеров 2. Области применения полупроводниковых лазеров.

3. Методику описания электромагнитного поля с помощьюволновых функций электронов в полупроводниках.

4. Взаимодействие излучения с полупроводниквой структурой.

5. Физику и применение межзонных переходов в полупроводниках.

6. Условие получения усиления электромагнитного излучения в полупроводниках.

7. Методы получения усиления электромагнитного излучения в полупроводниках.

8. Физику инжекционных лазеров.

9. Применение инжекционных лазеров.

10. Физику р-n перехода и ее примение в квантовой электронике.

11. Физику гетеролазеров.

12. Применение гетеролазеров.

13. Инжекционные лазеры на квантовых ямах и квантовых точках.

14. Методы изготовления инжекционных лазеров.

15. Методы изготовления гетеролазеров.

16. Физику полупроводниковых лазеров с электронным возбуждением.

17. Применение полупроводниковых лазеров с электронным возбуждением.

18. Методику создания полупроводниковых лазеров с электронным возбуждением.

19. Метод оптического возбуждения.

20. Импульсный метод возбуждения полупроводниковых лазеров сильным электрическим полем.

21. Современные перспективы развития полупроводниковых лазеров.

22. Основные методы создания и разработки гетероструктур для квантовой электроники.

1. Производить расчеты параметров полупроводниковых лазеров 2. Оценивать потери лазерного излучения.

3. Применять методы теоретической физики к описанию и решению задач квантовой электроники.

ФОТОНИКА

18 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 56 часов самостоятельной работы.

1 неделя. Ограниченные пучки в пространстве. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Интеграл Кирхгофа-Френеля.

2 неделя. Параболические уравнения. Решение параболического уравнения в кпространстве.

3 неделя. Гауссов пучок, согласование гауссовых пучков.

4 неделя. Методы пространственной фильтрации пучков: мелкомасштабные и крупномасштабные неоднородности.

5-6 недели. Методы сглаживания интенсивности в фокальной плоскости фазовыми пластинками.

7 неделя. Направляющие системы. Основные понятия о полом волноводе с отражающими стенками.

8 неделя. Направляющие системы. Типы колебаний, предельная частота, дисперсия фазовой и групповой скорости.

9 недели. Диэлектрический волновод. Полное внутреннее отражение, амплитудно-фазовые соотношения.

10 неделя. Эффект Гуза-Генхена. Совместный учет дисперсии среды и геометрической дисперсии.

11 неделя. Плоский оптический резонатор как предельный случай прямоугольного полого волновода.

12 неделя. Моды лазера. Амплитуда и фаза поля на зеркале резонатора, угловой спектр излучения.

13 неделя Геометрическая оптика неоднородных сред. Градиентные световоды.

14 неделя. Нелинейность оптических сред. Квадратичная и кубическая нелинейность.

15 неделя. Классификация нелинейных эффектов, вызванных этими нелинейностями.

16 неделя. Поперечная устойчивость пучков в кубических нелинейных средах, инкремент, «опасные» моды, длина фокусировки (самофокусировки).

Поперечная неустойчивость пучков в лазерах, «в интеграл».

Литература:

ПРАКТИКУМ: ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

18 недель, 128 часов, из них 64 часа лабораторных занятий, 64 часа самостоятельной работы.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

17 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы. Форма контроля – экзамен.

1-я неделя Термодинамика колеблющегося кристалла. Тепловая энергия и тепломкость.

2-я неделя Температурное поведение тепломкости. Дебаевское приближение. Уравнение состояния.

3-я неделя Температурное поведение среднего квадрата смещения любого атома в кристалле.

4-я неделя Неустойчивость 1- и 2-х мерных кристаллов.

5-я неделя Эффект Мссбауэра. Вероятность эффекта и е температурное поведение.

6-я неделя Восстановление характеристик кристаллов по анализу вероятности эффекта в ранних системах.

7-я неделя Рассеяние внешнего излучения на колеблющемся кристалле.

8-я неделя Вероятность рассеяния в приближении тонкого кристалла.

9-я неделя Упругое и неупругое когерентное рассеяние.

10-я неделя Восстановление фононного спектра кристаллов по результатам неупругого однофононного рассеяния нейтронов.

11-я неделя Времена жизни фононов.

12-я неделя Упругое и неупругое некогерентное рассеяние нейтронов.

13-я неделя Восстановление функции плотности фононных частот.

14-я неделя Гамильтониан системы взаимодействующих магнитных моментов атомов в ферромагнетике. Преобразование гамильтониана к представлению с выделенной магнитным полем осью.

15-я неделя Основное состояние и возбуждение магнонов.

16-я неделя Термодинамика ферромагнетика. Температурное поведение тепломкости и макроскопического магнитного момента.

17-я неделя Ферромагнетизм как пример фазового перехода 2-го рода.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

экспериментальными данными по параметрам кристаллов, основным способам описания систем многих частиц с взаимодействием, связи конкретных данных с теоретическим описанием из первых принципов основных параметров твердого тела Данный курс фактически завершает базовую часть теоретической физики как студентов-теоретиков, так и студентов- экспериментаторов.

Выходная компетенция студентов:

По окончании курса должен знать следующие аспекты современной теории физики конденсированного состояния вещества:

1. Электронная ветвь возбуждения в кристаллах.

2. Плазменная модель непереходного металла. Гамильтониан электронионной системы.

3. Условие глобальной и локальной электронейтральности.

4. Энергия ионной решетки. Представление чисел заполнения для электронного газа.

5. Операторы рождения и уничтожения. Антикоммутатор. Оператор числа частиц. Кинетическая энергия электронов.

6. Невзаимодействующий электронный газ, его основные характеристики, уравнение состояния. Одночастичные возбуждения в электронном газе металла.

7. Взаимодействующий электронный газ. Обменное взаимодействие.

Оператор электрон-электронного взаимодействия.

8. Структура корреляционной энергии. Вигнеровский кристалл.

9. Корреляция в положении электронов. Коррелятор «плотностьплотность». Энергия взаимодействия электронов.

10. Диэлектрическая проницаемость электронного газа. Поляризационный оператор.

11. Экранировка внешнего заряда электронным газом различной плотности. Фриделевские осцилляции.

12. Собственные возбуждения в электронном газе, плазмоны.

13. Поправки высших порядков в энергии электрон-электронного взаимодействия. Электрон-ионное взаимодействие в неоднородном случае.

14. Оператор смещений ионов во вторичном квантовании.

15. Вклад электрон-ионного взаимодействия с учетом колебаний ионов.

Гамильтониан Фрелиха. Возможные типы электрон- фононного взаимодействия. Изменение полной энергии системы электронов и фононов.

16. Полная энергия электрон- ионной системы. Нулевая модель металла и проблема металлического водорода.

17. Одноэлектронное приближение. Уравнение Шредингера для электрона в поле периодического потенциала.

18. Зонная структура спектра. Статистика заполнения электронами состояний в зонах. Классификация кристаллов: диэлектрики, полупроводники, металлы.

19. Волновые функции Блоха. Движение в классических электрическом и магнитном полях. Эффективные массы электронов.

20. Операторы координаты и скорости зонного электрона. Внутризонные и межзонные вклады. Групповая и фазовая скорости электронов.

21. Движение электронов во внешнем электрическом поле. Уравнение движения для квазиимпульса. Ускорение. Тензор эффективных масс.

Блоховские осцилляции.

22. Создание полупроводниковых диодов – генераторов.

23. Движение электронов во внешнем стационаром магнитном поле.

Траектория, по которой движется электрон в магнитном поле. Понятие годографа.

24. Циклотронная эффективная масса. Диамагнитный резонанс.

Представление расширенных зон.

25. Приближение почти свободных электронов. Пустая решетка Шокли.

Поправки к энергии одноэлектронного состояния в различных порядках теории возмущений.

26. Особенности спектра электронов вблизи дна зоны и на границе зоны.

Возникновение энергетической щели.

27. Приближение сильной связи. Характер перекрытия волновых функций атомов. Интеграл перекрытия. Эффективная масса электронов в приближение сильной связи.

28. Зависимость ширины зоны от количества ближайших соседей. Спектр возбуждений для простой, ОЦК и ГЦК решеток.

29. Термодинамика электронных возбуждений в металлах. Теплоемкость и тепловое расширение электронной системы.

30. Магнитная восприимчивость. Конкуренция парамагнетизма и диамагнетизма.

31. Уровни Ландау.

32. Особенности плотности состояний.

33. Осцилляции термодинамических величин в магнитном поле.

34. Эффект де-Гааза-Ван-Альфена. Диамагнетизм Ландау.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

17 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

1 неделя. Уравнения для поляризации и разности населенностей энергетических уровней в рамках двухуровневой модели. Их анализ методом медленно меняющихся амплитуд.

2 неделя. Вычисление стационарного значения поляризации и разности населенностей при действии монохроматического поля. Физический смысл действительной и мнимой части диэлектрической поляризуемости вещества.

Когда поляризация вещества пропорциональна напряженности поля?

3 неделя. Уравнения переноса интенсивности и фазы излучения - вывод их из уравнений Максвелла. Насыщение для импульса излучения: случай длинного и короткого импульса; учет нерезонансных потерь, предельная длина усилителя.

усиливающей среде; стационарная форма импульса и “сверхсветовое” распространение импульса; сокращение длительности импульса.

распространения. Усиление слабых сигналов; предельная чувствительность и шумовая температура квантовых усилителей.

6 неделя. Модовый подход к анализу режимов генерации в лазерах, его преимущества и пределы применимости. Режимы в одномодовом лазере;

амплитуда и частота генерации, их зависимость от параметров; условие возбуждения. Устойчивость одномодового режима генерации с постоянной амплитудой.

7 неделя. Хаотические пульсации в одномодовом лазере и понятие динамического хаоса.

8 неделя. Режимы генерации в лазере с широкой линией люминесценции;

скоростные уравнения; анализ устойчивости стационарных колебаний.

9 неделя. Режимы пульсаций в квантовых генераторах; релаксационный предельный цикл; длительность импульсов и частота их следования; форма импульса.

10 неделя. Модуляция добротности: возбуждение периодических пульсаций в одномодовом лазере. Гигантский импульс; методы модуляции добротности.

11 неделя. Воздействие на лазер внешнего монохроматического сигнала:

захват лазера по частоте и фазе внешним сигналом, полоса синхронизма.

12 неделя. Бистабильность в лазере с насыщающимся фильтром и в пассивной системе.

13 неделя. Особенности режимов работы лазера с доплеровским уширением спектральной линии. Провал Лэмба. Порог динамического хаоса.

14 неделя. Конкуренция мод в лазерах с однородно - и неоднородно уширенной линией; взаимодействие мод как одна из причин пульсаций в лазерах.

15 неделя. Метод синхронизации мод для получения ультракоротких лазерных импульсов; длительность импульсов и частота их следования; число генерируемых мод и число синхронизованных мод. Режим самосинхронизации мод в квантовом генераторе с насыщающимся фильтром. Статистическая теория самосинхронизации мод.

16 неделя. Квантовое описание электромагнитного поля. Когерентные и сжатые состояния электромагнитного поля. Методы генерации когерентных и сжатых состояний. Понятие о квантовых уравнениях лазера.

ЛИТЕРАТУРА

Входные компетенции студентов:

Студент должен знать:

2. Дифференциальное и интегральное исчисление, 7. Уравнения математической физики, 8. Теоретическую электродинамику, Выходные компетенции студентов:

Студент будет знать:

1. Основные законы, лежащие в основе квантовой электроники.

2. Физический смысл действительной и мнимой части диэлектрической поляризуемости вещества.

энергетических уровней.

4. Влияние свойств среды на изменение формы импульса при распространении его в среде.

5. Двухуровневая квантовая система в когерентном поле.

6. Методы усиления слабых сигналов.

8. Квантовые усилители.

9. Понятие шумовой температуры квантового усилителя.

10. Модовый подход к анализу режимов генерации.

11. Одномодовый режим работы лазера.

12. Многомодовый режим работы лазера.

13. Понятие динамического хаоса.

14. Режимы генерации в лазере.

15. Режимы пульсаций в квантовых генераторах.

16. Зависимость формы импульса от различных вакторов.

17. Процессы при воздействии на лазер внешнего монохроматического сигнала.

18. Понятие полосы синхронизма.

19. Бистабильность в квантовой электронике.

20. Доплеровское уширение спектральной линии.

21. Особенности режимов работы лазера с доплеровским уширением спектральной линии.

23. Порог динамического хаоса.

24. Процессы при взаимодействии мод.

25. Режим свободной генерации.

26. Режим модуляции добротности.

27. Режим синхронизации мод.

насыщающимся фильтром.

29. Квантовое описание электромагнитного поля.

30. Когерентные и сжатые состояния электромагнитного поля.

31. Квантовые уравнения лазера.

32. Применение законов теоретической физики к решению задач квантовой электроники.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИКИ

СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

18 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

1 неделя. Основные явления в области сверхпроводимости, критические параметры.

2 неделя. Классы сверхпроводников, высокотемпературные сверхпроводники.

3 неделя. Методы получения сверхпроводящих материалов. Получение сверхпроводящих пленок и тонких слоев.

4 неделя. Нетрадиционные методы получения сверхпроводников.

Изготовление сверхпроводящих проводов, лент и кабелей.

5 неделя. Основные методики измерений критических магнитных полей и токов.

6 неделя. Измерение критических температур.

7 неделя. Основные представления о сверхпроводящем состоянии. Электронфононное взаимодействие и куперовские пары.

8 неделя. Энергетическая щель в спектре возбуждений. Теория БКШ.

9 неделя. Эксперименты, подтверждающие основные представления о сверхпроводящем состоянии. Изотопический эффект. Квантование потока.

Измерение энергетической щели. Другие эксперименты.

10 неделя. Сверхпроводники в магнитном поле. Эффект МейснераОксенфельда (идеальный диамагнетизм). Глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник. Промежуточное состояние. Граничная энергия и длина когерентности.

11 неделя. Сверхпроводники 2го рода. Отрицательная поверхностная энергия.

12 неделя. Вихри Абрикосова. Смешанное состояние. Кривые намагничивания. Фазовая диаграмма.

13 неделя. Критические токи в сверхпроводниках 1го и 2го рода. Ток распаривания Гинзбурга-Ландау. Пиннинг вихревых нитей. Центры пиннинга.

Движение магнитного потока в сверхпроводниках.

14 неделя. Туннелирование в сверхпроводниках. Туннельный ток. Схемы измерений.

15 неделя. Туннельная спектроскопия.

16 неделя. Применения сверхпроводников. Высокотемпературная сверхпроводимость и перспективы.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

1. Сверхпроводники в магнитном поле. Критические поля.

2. Критическая температура сверхпроводников и методы ее измерения.

3. Критический ток сверхпроводников и методы его измерения.

4. Измерение критической температуры высокотемпературных сверхпроводников - ВТСП (при температуре выше 77,4 К) 5. Измерение критического тока ВТСП образцов в жидком азоте.

6. Температурная зависимость сопротивления сверхпроводников. Связь между нормальными и сверхпроводящими свойствами.

ЛИТЕРАТУРА

современные экспериментальные методы их исследования. Рассматриваются методы получения сверхпроводников, сверхпроводящих пленок и тонких слоев, проводов, лент и кабелей. Рассматриваются также методы измерения основных критических параметров сверхпроводников критической температуры, криттока, критических полей. Курс знакомит с основополагающими экспериментами в области сверхпроводимости, обучает технике основных достижениями в области сверхпроводимости. Значительное внимание в курсе уделено высокотемпературным сверхпроводникам.

Цель курса: Показать возможности современных экспериментальных методов физики сверхпроводимости для исследования свойств новых материалов, для создания новых сверхпроводников с высокими критическими Формы контроля: промежуточный – домашнее задание итоговый – экзамен.

Входные компетенции студентов:

Студент должен знать:

1. Понятия и методыматематического анализа:

1. дифференциальное исчисление, 2. интегральное исчисление 3. функции многих переменных;

4. обыкновенные дифференциальные уравнения;

5. теорию вероятности и математическую статистику;

6. ряды и интеграл Фурье, 7. прямое и обратное преобразование Фурье общую схему и методы решения уравнений в частных производных;

8. специальные функции математической физики;

1. механику;

2. молекулярную физику и основы статистической термодинамики;

3. электричество и магнетизм;

4. волны и оптику;

1. химические элементы и их соединения;

2. методы и средства химического исследования вещества;

4. Термодинамику: идеальных, Ферми- и Бозе-газов;

5.,Квантовую механику: квантование свободного электромагнитного поля;

6. Теоретические основы электротехники:

1. основные понятия и законы электрических и магнитных цепей;

2. методы анализа цепей постоянного и переменного токов;

3. материалов электронной техники и их электрофизических свойств;

7. Физику твердого тела:

1. основы зонной теории;

2. электрон-фононное взаимодействие.

Студент должен уметь:

1. составлять и решать системы уравнений, описывающих распространение волн и 2. использовать математические методы в технических приложениях;

3. рассчитывать основные числовые характеристики случайных величин;

4. решать основные задачи квантовой механики;

5. решать уравнения и системы дифференциальных и интегральных уравнений, применительно к реальным процессам;

6. применять методы решения задач анализа и расчета характеристик механических и электромагнитных системах;

7. использовать основные приемы обработки экспериментальных данных;

8. составлять и анализировать химические уравнения;

9. соблюдать меры безопасности при работе с электротехническим оборудованием;

10. рассчитать параметры полупроводниковых и электронных приборов по их вольтамперных характеристикам, грамотно использовать их в простейших электронных цепях;

11. использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения практических задач на ПЭВМ.

Студент должен владеть:

1. методами математического анализа и моделирования;

2. методами решения задач анализа и расчета характеристик физических систем, 3. основными приемами обработки экспериментальных данных;

4. основными методами работы на ПЭВМ в том числе методами работы с прикладными программными продуктами;

5. методами решения дифференциальных уравнений в частных производных;

6. основными теоретическими методами для анализа экспериментальных данных.

Выходные компетенции студентов:

Студент должен знать следующие аспекты современной теории сверхпроводников:

1. понятие критических параметров;

2. основные экспериментальные факты, характеризующие сверхпроводимость;

3. классы сверхпроводников: чистые материалы, сплавы, аморфные cверхпроводники, высокотемпературные сверхпроводники, органические cверхпроводники;

4. методы получения сверхпроводящих материалов;

5. металлургические методики;

6. получение сверхпроводящих пленок и тонких слоев;

7. нетрадиционные методы получения сверхпроводников;

8. изготовление сверхпроводящих проводов, лент и кабелей;

9. понятие температуры, термометрия;

10. измерение критических температур;

11. основные методики измерений критических магнитных полей и токов;

12. сверхпроводящее состояние;

13. основные представления о сверхпроводящем состоянии;

14. электрон-фононное взаимодействие и куперовские пары;

15. энергетическая щель в спектре возбуждений, теория БКШ;

16. изотопический эффект, квантование потока, измерение энергетической щели, другие эксперименты;

17. сверхпроводники в магнитном поле 18. граничная энергия и длина когерентности;

19. сверхпроводники 2го рода, 20. вихри Абрикосова;

21. смешанное состояние, кривые намагничивания, фазовая диаграмма;

22. критические токи в сверхпроводниках 1го и 2го рода;

23. ток распаривания Гинзбурга-Ландау;

24. пиннинг вихревых нитей;

25. движение магнитного потока в сверхпроводниках;

26. другие явления в сверхпроводниках:

а флуктуации, б эффект близости, в неравновесная сверхпроводимость, г влияние радиационных дефектов;

27. применения сверхпроводников.

Студент должен уметь:

1. применять фундаментальные законы в области физики сверхпроводимости для самостоятельного комбинирования и синтеза реальных идей;

2. применять теоретические и компьютерные методы исследований в области физики сверхпроводимости;

3. производить поиск нужной информации в специальной научно-технической и патентной литературе по тематике исследований и разработок;

4. применять экспериментальные методы электрофизических, оптических и структурных исследований наноструктур.

Студент должен владеть методами измерения вольтамперных, магнитных, оптических и др. характеристик сверхпроводников.

КРИОГЕННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ

18 недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

1 лекция Введение. Основные свойства криогенных жидкостей. Виды жидких хладагентов. Диапазоны тепмератур, получаемые с помощью различных криогенных жидкостей.

2 лекция Теплоизоляция и принципы теплового расчета. Теплопритоки к теплопроводности остаточного газа.

3 лекция Теплоподвод за счет теплопроводности твердых тел. Общие закономерности. Расчет теплового потока в случае переменного сечения.

Теорема Гарвина. Теплоприток по токовводам. Закон Видемана-Франца.

4 лекция Лучистый теплообмен. Коэффициент излучения. Лучистый теплообмен в системе плоскопараллельных пластин, вогнутых и выпуклых поверхностей, при наличии экранов. Экранно-вакуумная изоляция.

5 лекция Стеклянный криостат. Металлические криостаты с азотным объемом.

Безазотные криостаты. Криостаты непрерывного потока.

6 лекция. Основные способы получения промежуточных температур. Основные способы получения промежуточных. Диапазон температур 1–4,2. Принципы маностатирования. Конструкция маностата. Диапазон температур выше 4,2 К.

7 лекция. Механическое перемещение. Применение хладопровода.

Использование теплообменного газа. Радиационно-оптический гелиевый криостат. Особенности конструкций азотных криостатов для получения промежуточных температур.

транспортных сосудов Дьюара. Арматурная головка. Использование транспортных сосудов Дьюара в качестве криостатов. Низкотемпературные вставки в транспортные гелиевые и азотные сосуды Дьюара. Гелиевая вставка для проведения температурных исследований. Гелиевая вставка для получения исследований.

9 лекция. Конструкционные материалы криогенной техники. Неразборные соединения. Сварка. Пайка. Склеивание.

10 лекция. Особенности соединений различных материалов. Припои. Флюсы.

Клеи. Механическая прочность соединений при низких температурах.

11 лекция Разборные соединения. Применение металлических, фторопластовых, резиновых уплотнений. Варианты исполнения разборных фланцев.

12 лекция. ГОСТирование разборных соединений.

13 лекция. Отдельные узлы низкотемпературных устройств. Гелиевая емкость.

Азотная емкость. Капка.

14 лекция. Оптические окна. Фланцы для электрических разъемов. Уровнемеры жидкого гелия.

15 лекция Компактные криорефрижераторы. Криорефрижераторы на цикле компактных криорефрижераторов в исследовательских криостатах.

16 лекция Элементы вакуумной техники. Понятие вакуума. Элементы вакуумной системы. Источники газовыделения в вакуумной камере. Давление Проводимость вакуумных систем. Вакуумные насосы. Измерение давлений.

Традиционная вакуумная система из диффузионного и механического насосов.

ЛИТЕРАТУРА

В рамках практической части данного курса возможна разработка студентом курсового проекта по данной дисциплине.

СЦЕНАРИЙ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ НАД КУРСОВЫМ ПРОЕКТОМ

ПО ДАННОМУ КУРСУ

Курсовой проект включает в себя подготовку:

- Технического описания - Сборочного чертежа - Спецификации - Деталировки 1. Техническое описание:

- предназначение устройства - принципы конструирования и функционирования - технические параметры - габаритные размеры - тепловой расчет - вакуумный расчет (для вакуумный систем).

2. Сборочный чертеж:

- чертеж в необходимых видах и разрезах - обозначения сварочных, паяных и клееных соединений - обозначения сборочных единиц, деталей, не вошедших в сборочные единицы и стандартных изделий 3. Спецификация основного сборочного чертежа:

Сборочные единицы, детали, не вошедшие в сборочные единицы и стандартные изделия (с указанием ГОСТа).

4. Чертежи деталей:

- чертеж только в разрезе. Совмещение вида и разреза исключительно в случаях, когда вид дат дополнительную информацию - расположение основной надписи на листе А4 – только по короткой стороне - число видов, достаточное для изготовления детали - ось в деталях вращения располагаются горизонтально (параллельно основной надписи) - все необходимые размеры - допуски - шероховатости - материал - использовать только ГОСТированные резьбы (по первому ряду) и ГОСТированные фланцы.

Порядок и ориентировочные сроки сдачи этапов КП в осеннем семестре Примерные варианты курсовых проектов 1. Азотный оптический криостат 2. Малогабаритный гелиевый криостат для магнитных измерений в полях до 3х Тл.

3. Оптический гелиевый криостат.

4. Вставка в гелиевый сосуд Дьюара для измерений в диапазоне 4,2-150 К без механического перемещения 5. Заливной криостат для радиационно-оптических экспериментов в магнитном поле 6. Низкотемпературная вставка в транспортный гелиевый сосуд для измерений в магнитных полях 7. Проточный гелиевый криостат 8. Гелиевый криостат с изменением температуры образца в диапазоне 4,2- 9. Вставка в азотный сосуд Дьюара для измерений в магнитных полях в диапазоне температур ниже 77 К 10. Криостат для измерений в магнитных полях и в диапазоне температур 4,2Криостат для измерений в диапазоне температур 1-300 К 12. Гелиевый криостат с изменением температуры образца в диапазоне Т2).

Лекция 16. Применения СКВИДов и СП слабых связей. Трансформатор потока. градиентометр. гальванометр, вольтметр на основе СКВИДа. Измерение теплоемкости и тепловых потоков (при низких температурах) с помощью СКВИДа.

Лекция 17. Метрология на основе СКВИДов и слабых связей.

Высокочастотные измерения магнитного поля. Приборы для метрологии.

Определение отношения заряда электрона к постоянной Планка на основе эффекта Джозефсона. Стандарт Вольта. Компараторы тока. Измерение частот.

Термометрия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

Дополнительная:

Список Интернет-ресурсов.

http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst.htm http://perst.isssph.kiae.ru/site1706/ В курсе изучаются физические явления в слабых сверхпроводящих Рассматриваются методы получения слабых сверхпроводящих связей, СКВИДов и других элементов сверхпроводниковой электроники на их основе.

Рассматриваются также методы измерения основных параметров слабых сверхпроводящих связей. Курс дает представление о фазовой когерентности в сверхпроводниках, знакомит с эффектами Джозефсона, интерференцией токов.

сверхпроводимости, обучает технике основных экспериментов на слабых сверхпроводящих связях. Курс дает основы знаний для самостоятельной работы экспериментальных исследований слабых сверхпроводящих связей, знакомит с элементами сверхпроводниковой электроники. Курс знакомит с последними достижениями в области слаботочной сверхпроводимости, с применениями приборов на основе слабых сверхпроводящих связей в различных областях науки и техники. Значительное внимание в курсе уделено слабым связям на основе высокотемпературных сверхпроводников.

Учебная задача курса состоит в том, чтобыпоказать возможности слабых сверхпроводящих связей как перспективных элементов сверхпроводниковой электроники, как основы современных квантовых приборов с уникальной чувствительностью.

Формы контроля: промежуточный – домашнее задание итоговый – экзамен 1. Рассмотреть вывод основных уравнений Джозефсона для мостика.

2. Рассмотреть процесс появления ступенек тока на ВАХ слабой связи в СВЧ поле.

3. Изучить устройство спектрометра на основе перехода Джозефсона.

4. Рассмотреть схемы использования СКВИДов в качестве Омметра, Вольтметра, 5. Рассмотреть использования СКВИДа в качестве термометра.

6. Как связаны туннельный и джозефсоновский токи?

7. Почему джозефсоновский ток на эксперименте исчезает раньше туннельного тока при увеличении толщины диэлектрика в переходе?

8. Как измерить малое смещение с помощью СКВИДа?

9. Почему время движения вихрей в мостике обратно пропорционально напряжению на мостике?

10. Чем отличается лондоновская глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник от джозефсоновской глубины проникновения?

Выходные компетенции студентов:

Студент должен знать:

1. понятие «слабой сверхпроводящей связи»;

2. типы слабых связей; системы слабых связей;

3. разность фаз параметра порядка;

4. методики изготовления джозефсоновских переходов и других слабых связей (переходы туннельного типа, точечные контакты, мостиковые контакты и др.);

5. слабые связи на основе высокотемпературных сверхпроводников; методики изготовления квантовых интерферометров на основе слабых сверхпроводящих 6. физические основы эффекта Джозефсона;

7. основные уравнения; стационарный эффект Джозефсона;

8. влияние магнитного поля; Джозефсоновскую глубину проникновения;

9. нестационарный эффект Джозефсона; основные параметры слабых связей 10. вольтамперные характеристики (ВАХ) джозефсоновских переходов и других слабых связей (основные зависимости, характеристики переходов в СВЧ поле);

11. вихревую модель слабых связей; электродинамику слабых сверхпроводящих 12. квантовые приборы на основе слабых сверхпроводящих связей; квантовую интерференцию;

13. явления в кольце, содержащем один джозефсоновский переход;

14. сверхпроводящие квантовые интерференционные приборы СКВИДы;

15. СКВИДы постоянного тока, высокочастотные СКВИДы;

16. использование СКВИДов в измерительной технике;

17. приборы для метрологии.

Студент должен уметь:

1. применять фундаментальные законы в области физики сверхпроводимости для самостоятельного комбинирования и синтеза реальных идей;

2. применять теоретические и компьютерные методы исследований в области физики сверхпроводимости;

3. производить поиск нужной информации в специальной научно-технической и патентной литературе по тематике исследований и разработок;

4. применять экспериментальные методы электрофизических, оптических и структурных исследования наноструктур;

Студент должен владеть:

1. методами измерения вольтамперных, магнитных, оптических и др.

характеристик сверхпроводников со слабыми связями.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД И

НАНОСТРУКТУР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОТРОННОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ

17 недель, 96 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 32 часа самостоятельной работы.

Каналы синхротронного излучения на синхротронах и накопителях. Каналы вывода рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового синхротронного излучения. Инфракрасные каналы синхротронного излучения. Элементы каналов синхротронного излучения (модуляторы, индикаторы, зеркала, фильтры и пр.). Лаборатория синхротронного излучения на синхротроне и накопителе.

Спектральные приборы в каналах синхротронного излучения.

Монохроматоры нормального и скользящего падения. Монохроматор Скибовского-Штейнмана. Монохроматоры скользящего падения с неподвижной выходной щелью. Установка монохроматора с конденсорным зеркалом.

Кристаллические монохроматоры.

Экспериментальные установки в каналах синхротронного излучения.

Установки для ВУФ-спектроскопии. Рефлектометры. Криостаты. Детекторы.

Поляризационные измерения. Установки для фотоэлектронной спектроскопии.

Установки для рентгеновских измерений. Дифрактометры. Монохроматоры.

Малоугловое рассеяние синхротронного излучения. Установки для исследования рентгенолюминесценции с временным разрешением. EXAFSспектрометры.

Методы ВУФ-спектроскопии с синхротронным излучением. Оптические константы. Спектры твердых тел и зонная структура. Люминесценция кристаллов при возбуждении синхротронным излучением. Формирование спектра возбуждения люминесценции кристаллов. Фотонное умножение и спектры возбуждения вторичных процессов. Рентгенолюминофоры и сцинтилляторы. ВУФ-люминесценция кристаллов.

Фотоэлектронная спектроскопия с синхротронным излучением. ФЭС с угловым разрешением.

EXAFS-спектроскопия на синхротронном излучении.

Метрология на каналах синхротронного излучения. Абсолютные измерения.

Калибровка детекторов и вторичных источников.

Исследование наноструктур и нанослоев покрытий конденсированных сред с помощью синхротронного излучения.

1. А.Н.Зайдель, Е.Я.Шрейдер. Спектроскопия вакуумного ультрафиолета. М., "Наука", 1967.

2. Физика вакуумного ультрафиолетового излучения. Сборник статей. Киев.

"Наукова думка", 1974.

3. И.М.Тернов, В.В.Михайлин. Синхротронное излучение. Теория и эксперимент.

М., Энергоатомиздат, 1986.

4. А.Н.Зайдель, Е.Я.Шрейдер. Вакуумная спектроскопия и ее применения. М., "Наука", 1976.

ТЕХНОЛОГИИ ТОНКИХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПЛЕНОК

недель, 128 часов, из них 32 часа лекционных занятий, 32 часа практических занятий, 64 часа самостоятельной работы.

1 неделя. Введение. Основные типы тонких пленок и наноструктур.

Методы их формирования. Подложки. Материалы подложек и их свойства.

2 неделя. Требования, предъявляемые к подложкам. Поверхность подложек и ее формирование. Сорбция и десорбция. Очистка подложек.

Зародышеобразование. Рост пленок от зародышей до сплошного покрытия.

монокристаллы.

5 неделя. Немонокристаллические структуры. Образование дефектов роста пленок.

6 неделя. Устройства по контролю роста пленок. Измерение толщины пленок.

Механические и структурные свойства тонких пленок.

Электрофизические свойства тонких пленок металлов и диэлектриков.

9 неделя. Напыление пленок термическим способом. Устройство распылительных установок с резистивным нагревом. Процессы формирования пленок электронно-лучевым способом.

Магнетронные напылительные системы.

11 неделя. Химические методы осаждения пленок. Электрохимические методы формирования пленок 12 неделя. Приготовление пленок с помощью лазера. Керамические и механические методы изготовления пленок. Сравнение методов формирования пленок.

13 неделя. Технологии обработки пленок. Литография.

сверхпроводников. Пленки соединений со структурой А15 и их свойства.

сверхпроводников.

16 неделя. Методы обработки и модификации сверхпроводящих пленок.

Сверхпроводящие болометры, приемники и датчики излучения.

ЛИТЕРАТУРА

Входные компетенции студентов:

Студент должен знать:

1. Основные понятия и методыматематического анализа;

2. Физику:

a. механику, b. молекулярную физику и основы статистической термодинамики, электричество и магнетизм, c. волны и оптику;

3. Химию:

a. химические элементы и их соединения, b. методы и средства химического исследования вещества;

c. Свойства химических элементов и их соединений;

4. Квантовую механику 5. Физику твердого тела.

6. Взаимодействие излучения с веществом.

Выходные компетенции студентов:

Студент должен знать:

3. Основные типы тонких пленок.

4. Основные типы наноструктур.

5. Методы формирования тонких пленок.

6. Методы формирования наноструктур.

7. Методики диагностики тонких пленок.

8. Технологии обработки пленок.

9. Литографию.

10. Методы, лежащие в основе приготовления пленок ВТСП 11. Методы обработки и модификации сверхпроводящих пленок.

12. Материалы подложек и их свойства.

13. Требования к подложкам и чистоте эксперимента и производственного 14. Физические законы, лежащие в основе методов формирования наноструктур на поверхности материала.

15. Влияние подложки на параметры пленок.

16. Механические и структурные свойства тонких пленок.

17. Химические методы формирования пленок.

18. Электрохимические методы формирования пленок.

19. Физику низкоразмерных монокристаллов.

ПРАКТИКУМ: ФИЗИКА НАНОСИСТЕМ

17 недель, 128 часов, из них 64 часа лабораторных занятий, 64 часа самостоятельной работы 2.3.3. Примерная программа учебных и производственных (научноисследовательских) практик 70 недель, 600 часов, с 1 по 4 семестр обучения, по 150 часов в семестр, из них 100 часов лабораторных занятий и 50 часов самостоятельной работы. зачетных единиц.

Практика студентов магистратуры состоит из следующих этапов: НИРС, преддипломная практика.

Научно-иследовательская работа студентов в магистратуре осуществляется в рамках проектных методов, т.е. участия студентов в реальной практической научно-исследовательской работе, проводимой в ВУЗе или организации, с которой заключен соответствующий договор. При этом НИРС в магистратуре может базироваться на научно-иследовательской деятельности, начатой студентом во время обучения в бакалавриате. Студент магистратуры может выполнять роль научного консультанта для студента бакалавриата, тем самым готовясь к самостоятельной научно-исследовательской работе. Цель практики – закрепление и углубление знаний, полученных в университете, навыков самостоятельной научно-исследовательской работы, развитие опыта работы в научном коллективе, а также непосредственная подготовка к будущей профессиональной работе после окончания ВУЗа. Поэтому практика должна, по возможности, проводиться на предприятиях, имеющих непосредственное отношение к данным областям науки (наносистем, наноматериалов и энергетики), или, по крайней мере, проводится на выпускающей кафедре в рамках проектов по данному направлению, официально выполняемых вузом.

Проведение научно-иследовательской работы студентов магистратуры должно проходить в организациях которые являются являются ведущими для направления «Функциональные наноматериалы для энергетики». Кроме этого возможно проведение НИРС и практики студентов на выпускающей кафедре.

НИРС должен содержать два типа проектов:

(а) инициативные проекты, предложенные самими студентами для решения задач, актуальность которых является общепризнанной (б) коммерческие проекты, выполняемые вузом по заказам предприятий национальной нанотехнологической сети или же непосредсвенная практика на таком предприятии.

В конце каждого семестра сдается зачет по НИРС. Для зачета студент должен предоставить соответствующий отчет о проделанной работе. Студент обязан представить руководителю практики письменный отчет о выполнении всех заданий и сдать зачет по НИРС комиссии. Для написания и оформления отчета по НИРС студенту выделяется 1 – 1,5 недели.

Отчет по НИРС должен включать следующие разделы:

– введение;

- теоретический обзор;

- постановка задачи;

- описание приборов/установок;

- результаты работы;

- обсуждение результатов и приблизительная постановка дальнейших задач;

- приложение: чертежи, рисунки, схемы (если требуется).

Минимальный объем отчета – 1 п.л., максимальный - 1.5. п.л.

Состав комиссии, которой сдается НИРС, должен включать в себя минимум одного члена, имеющего ученую степень кандидата наук и минимум одного члена, имеющего степень доктора наук. Общее число членов комиссии – 3-5 человек.

Студент представляет комиссии отчет с оценкой и отзывом руководителя, а так же устный доклад о проделанной работе (5-10 минут), который сопровождается демонстрацией слайдов/плакатов (от 2 до 5 шт.), поясняющих содержание работы.

Заслушав доклад и ознакомившись с отчетом, каждый член комиссии ставит свою оценку. Из данных оценок высчитывается средняя, которая будет являться оценкой комиссии. Итоговая оценка определяется как средняя между оценками каждого из членов комиссии и научного руководителя. Такой подход, как показала практика, является наиболее объективным по отношению к работе студента, а также активизирует его к развитию навыков самостоятельной работы и умения грамотно и доступно представить результаты своей работы научной аудитории.