«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию _ _ Утверждаю: _ 200 г. Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования подготовки магистров ...»

Проект ПООП ВПО

Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

_

_

Утверждаю:

_

«»200 г.

Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования подготовки магистров Направление подготовки 210600 Нанотехнология профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

Квалификация выпускника магистр техники и технологий Санкт-Петербург - 1. Общие положения 1.1. Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования (ПООП ВПО) по направлению подготовки 210600 Нанотехнология с профилем подготовки «Композитные наноматериалы»

является системой учебно-методических документов, сформированной на основе существующих требований типового федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС ВПО) и рекомендуемой вузам для использования при разработке основных образовательных программ (ООП) уровня высшего профессионального образования (магистр техники и технологий) по направлению подготовки 210600 Нанотехнология с профилем подготовки «Композитные наноматериалы» в части:

• выбора профиля подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематического направления ННС «Композитные наноматериалы»;

• компетентностно-квалификационной характеристики выпускника;

• содержания и организации образовательного процесса;

• ресурсного обеспечения реализации ООП;

• итоговой государственной аттестации выпускников.

1.2. Цель разработки ПООП ВПО по направлению подготовки Нанотехнология с профилем подготовки «Композитные наноматериалы».

Целью разработки примерной основной образовательной программы является методическое обеспечение реализации ФГОС ВПО по направлению подготовки 210600 Нанотехнология и разработки высшим учебным заведением основной образовательной программы второго уровня ВПО (магистра с присвоением квалификации «магистр техники и технологий») по профилю «Композитные наноматериалы».

1.3. Характеристика ПООП по направлению подготовки Нанотехнология.

1.3.1. Направление утверждено приказом Министерства образования Российской Федерации № 1922 от 23.04.2004 г.

1.3.2. Степень (квалификация) выпускника - бакалавр техники и технологии. Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки бакалавра по направлению “Нанотехнология” при очной форме обучения 4 года.

1.4. Профиль подготовки Профиль подготовки «Композитные наноматериалы» включен в перечень тематических направлений деятельности национальной нанотехнологической сети сформулированных в Федеральной целевой программе «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008—2010 годы», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 2 августа 2007 г. № 498:

наноэлектроника;

• наноинженерия;

• функциональные наноматериалы и высокочистые вещества;

• функциональные наноматериалы для энергетики;

функциональные наноматериалы для космической техники;

нанобиотехнологии;

конструкционные наноматериалы;

композитные наноматериалы;

нанотехнологии для систем безопасности.

выпускника по направлению подготовки 210600 Нанотехнология (профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

Компетентностно-квалификационные характеристики выпускника магистра по профилю подготовки «Композитные наноматериалы»

определяются на основе федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) по направлению подготовки 210600 Нанотехнология, а также на основе ФГОС ВПО по направлению подготовки 511700 (020900 ОКСО) «Химия, физика и механика материалов» (уровень подготовки «магистр»).

2.1. Область профессиональной деятельности.

Область профессиональной деятельности выпускника включает в себя совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленной на исследование, моделирование, производство и эксплуатацию применение процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики.

Область профессиональной деятельности выпускников по профилю «Композитные наноматериалы» включает научно-исследовательские центры, институты РАН, научно-исследовательские отделы (лаборатории) высших учебных заведений, промышленные лаборатории, государственные органы управления, образовательные учреждения и организации различных форм собственности, организации индустрии и бизнеса, осуществляющие разработку наноматериалов, включая композитные наноматериалы. Магистры техники и технологий, подготовленные по профилю «Композитные наноматериалы»

могут работать в должностях, предусмотренных законодательством Российской профессиональным образованием с учётом направленности подготовки и стажа работы. Магистр техники и технологий подготовлен к обучению в аспирантуре, а также к педагогической деятельности в высшей и средней школе.

2.2. Объекты профессиональной деятельности.

зависимости от содержания образовательной программы подготовки (магистерской специализации) являются наноматериалы и компоненты наносистемной техники; приборы, устройства, механизмы, машины на их основе; процессы нанотехнологии; методы нанодиагностики; аппаратные и программные средства для моделирования, проектирования, получения и исследования наноматериалов и компонентов наносистемной техники;

алгоритмы решения научно-исследовательских и производственных задач, относящихся к профессиональной сфере.

Объектами профессиональной деятельности выпускников по профилю «Композитные наноматериалы» является широкий спектр композитных наноматериалов, технологий их получения и методов характеризации, в том числе магнитных и мембранных материалов, новых поколений супериоников, наноматериалов, предназначенных для электроники, фотоники, сенсорики, различных аспектов химической технологии (в том числе, технологии мембранного разделения), информационных технологий, здравоохранения и экологии. В соответствии с требованиями современных технологий объектами низкоразмерные структуры, пленки, композиты, наноструктурированные материалы и другие объекты, связанные с получением, свойствами и применением композитных наноматериалов. К сферам профессиональной фундаментально-научные разработки, информационное, маркетинговое и правовое (защита интеллектуальной собственности) обеспечение исследований и производства в области современного материаловедения.

2.3. Виды и задачи профессиональной деятельности.

2.3.1. Виды профессиональной деятельности.

фундаментальной и профессиональной подготовки, в том числе к научноисследовательской работе, при условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля - к педагогической деятельности.

Магистр по направлению подготовки «Нанотехнология» в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой может выполнять следующие виды деятельности:

- научно-исследовательская;

- проектно-конструкторская;

- производственно-технологическая;

- эксплуатационная;

- организационно-управленческая.

Подготовка выпускников по профилю «Композитные наноматериалы»

фундаментальных и прикладных задач в области синтеза, исследования свойств (характеризации) и эксплуатации композитных наноматериалов, а также задач смежных областей материаловедения: поиск путей создания и разработку основ получения новых материалов, исследование их физико-химических, механических и других свойств. Магистр владеет основными принципами эксплуатации композитных наноматериалов в различных сферах человеческой деятельности (химическая технология, электроника, фотоника и другие). На основе полученных экономических и правовых знаний у выпускника формируется умение конкурировать на рынке идей и технологий, а также к способности самостоятельного повышения своего общеобразовательного и профессиональной деятельности. Магистр подготовлен:

-к самостоятельной научно-исследовательской деятельности, требующей подготовки в различных направлениях фундаментального материаловедения, владения навыками современных экспериментальных методов;

- к производственно-технологической и проектной деятельности в области наукоемких технологий получения современных материалов;

-к организационно-управленческой деятельности в области маркетинга материалов;

-к педагогической работе в средних, средних специальных учебных заведениях, а также в вузах.

2.3.2. Задачи профессиональной деятельности.

Магистр по направлению подготовки "Нанотехнология” должен быть подготовлен к решению следующих типовых задач:

• анализ состояния научно-технической проблемы, формулирование технического задания, постановка цели и задач исследования на основе подбора и изучения литературных и патентных источников;

• анализ, систематизация и обобщение научно-технической информации по теме исследований;

информационных технологий;

• выбор оптимального метода и программы исследований, модификация существующих и разработка новых методик, исходя из задач конкретного исследования;

• проведение теоретических и экспериментальных исследований с целью модернизации или создания новых материалов, компонентов, процессов и методов;

• физико-математическое и физико-химическое моделирование разрабатываемых материалов, компонентов и процессов с целью оптимизации их параметров;

• использование типовых и разработка новых программных продуктов, ориентированных на решение научных, проектных и технологических задач в рамках направления профессиональной деятельности;

• организация модельных и натурных экспериментов по оптимизации создаваемых материалов и компонентов, разрабатываемых процессов и методов, оценка их качества на стадиях проектирования и эксплуатации;

• анализ научной и практической значимости проводимых исследований, а также оценка технико-экономической эффективности разработки;

• подготовка результатов исследований для опубликования в научной печати, а также составление обзоров, рефератов, отчетов и докладов.

Магистр, получивший подготовку по профилю «Композитные наноматериалы», подготовлен к решению следующих задач научно-исследовательской деятельности:

– проведение самостоятельных научно-исследовательских работ в области материаловедения на уровне эксперта, – поиск новых теоретических подходов и принципов дизайна композитных наноматериалов с заданными свойствами, разработка новых и высокоэффективных, технологий получения различных видов композитных наноматериалов, – экспертное исследование с помощью современных методов анализа природы химических, физических и механических свойств материалов, а также характера изменения реальной структуры материалов при вариации состава и условий синтеза, – комплексный анализ и квалифицированное обобщение результатов научноисследовательских работ с использованием современных научно-технических достижений, отечественного и зарубежного, эвристический поиск и детальный наноматериалов и смежных дисциплин материаловедения для научной, патентной и маркетинговой поддержки проводимых фундаментальных исследований и технологических, составление аналитических обзоров, самостоятельная подготовка публикаций в отечественных и зарубежных изданиях, патентование полученных достижений, педагогическая деятельность, Магистр, получивший подготовку по профилю «Композитные наноматериалы»

подготовлен к решению следующих задач производственно-технологической деятельности:

– эксплуатация современного лабораторного оборудования и приборов в соответствии с квалификацией;

– ведение нормативных и методических документов при проведении научно-исследовательских и лабораторных работ;

– экспертное участие в экспериментальной и технико - проектной композитных наноматериалов, успешная конкуренция на рынке идей и организационно-управленческой деятельности:

– организация научно-исследовательских работ, контроль соблюдения техники безопасности и регламента выполнения работ, – проведение экспертизы научно-исследовательских работ в области создания, характеризации и технологии композитных наноматериалов;

подготовка и проведение семинаров, организация научных групп для решения поставленных научно-исследовательских задач, руководство квалификационными работами студентов и стажеров.

наноматериалы», подготовлен к решению следующих задач проектной ведомственных, национальных проектных систем (федерального уровня), а также международных грантов.

– научная организация эксперимента, проектирование научноисследовательских работ в области композитных наноматериалов;

– ведение документации на обеспечение научно-исследовательских работ, разработка бизнес - планов и проведение предварительных интеллектуальной (теоретической, научной и экспериментальной) деятельности, перспективная оценка экономической эффективности научно-исследовательских и научно-производственных работ в области синтеза и технологии композитных наноматериалов;

Педагогическая деятельность магистра, получившего подготовку по преподавание в средней школе и участие в педагогической работе в 2.4. Компетенции выпускников Для решения профессиональных задач магистр углубленных профессиональных знаний;

• осуществляет сбор, обработку, анализ и систематизацию научнотехнической информации по теме исследований;

информацию, достижения отечественной и зарубежной науки и техники в своей профессиональной сфере;

существующие и разрабатывает новые методы, исходя из задач конкретного исследования;

• проводит экспериментальные исследования с целью модернизации или создания новых материалов, компонентов, процессов и методов;

• разрабатывает физические и математические модели процессов и явлений, относящихся к исследуемому объекту;

• участвует в проектировании, конструировании и модернизации объектов по направлению профессиональной деятельности;

• составляет описания проводимых исследований, обрабатывает и анализирует полученные результаты, представляет итоги проделанной работы в виде отчетов, обзоров, докладов, рефератов и статей;

• принимает участие в составлении патентных и лицензионных паспортов заявок на изобретения;

• участвует во внедрении разработанных технических решений и проектов, в оказании технической помощи и осуществлении авторского надзора при изготовлении, испытаниях и сдаче в эксплуатацию разрабатываемых изделий, процессов и методов;

• подготавливает рецензии, отзывы и заключения на научно-технические разработки и техническую документацию.

Магистр должен знать:

• постановления, распоряжения, приказы, методические и нормативные материалы по своей профессиональной деятельности;

• специальную научно-техническую и патентную литературу по тематике исследований и разработок;

• информационные технологии в научных исследованиях и программные продукты, относящиеся к профессиональной сфере;

• методы исследования и проведения экспериментальных работ;

• методы анализа и обработки экспериментальных данных;

• физические и математические модели основных процессов и явлений, относящихся к исследуемым объектам;

• современные средства вычислительной техники, коммуникации и связи;

• технические характеристики и экономические показатели отечественных и зарубежных разработок в области наноматериалов, компонентов наносистемной техники, процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики;

• порядок и методы проведения патентных исследований;

• методики оценки технико-экономической эффективности научных и технических разработок;

• основы экономики, организации труда и управления коллективом;

• основы трудового законодательства;

• действующие стандарты и технические условия, положения и инструкции по эксплуатации исследовательского оборудования, программам испытаний, оформлению технической документации;

• формы организации образовательной и научной деятельности в высших учебных заведениях.

Выпускник по профилю «Композитные наноматериалы» с квалификацией (степенью) «магистр техники и технологий» в соответствии с целями основной образовательной программы и задачами профессиональной деятельности, указанными в п. 2.3.2. настоящей ПООП ВПО, должен обладать следующими компетенциями, дополнительными к компетенциям бакалавра техники и технологий, приведенным в ПООП подготовки бакалавров по профилю «Композитные наноматериалы».

2.4.1. Универсальные компетенции магистра (УКМ):

способность самостоятельно совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, добиваться нравственного и физического совершенствования своей личности (УКМ1);

наличие расширенных представлений о категориях, законах, приемах и формах научного познания, теории и методологии исследований при изучении различных уровней организации материи, пространства и времени, способность понимать и глубоко осмысливать философские концепции естествознания, место естественных наук в выработке научного мировоззрения (УКМ2);

наличие углублённых знаний правовых и этических норм при прогностической оценке последствий своей профессиональной деятельности, при разработке и осуществлении социально значимых проектов (УКМ3);

способность к свободным коммуникационным навыкам в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности с использованием русского (родного) и иностранного языков, а также при взаимодействии с профессионалами, работающими в других научных дисциплинах (УКМ4);

обладание активной социальной мобильностью, навыками и умениями в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ в управлении научным коллективом, обусловленными способностью проявлять инициативу и личную ответственность, самостоятельность и оригинальный подход, готовность разрешения сложных, конфликтных или непредсказуемых ситуаций (УКМ5);

наличие представление об исторических этапах развития нанотехнологии и материаловедения, важнейших открытиях отечественных ученых, объективной необходимости возникновения новых направлений в материаловедческой науке (УКМ6);

широкая эрудиция в области современных теоретических концепций различных разделов нанотехнологии, включая методы синтеза и анализа структуры и свойств вещества, фундаментальные навыки научноисследовательской работы (УКМ7);

наличие представлений о наиболее актуальных проблемах современного теоретического и экспериментального нанотехнологии и материаловедения в Российской Федерации и в мире (УКМ8);

способность глубоко понимать и творчески использовать в научной и производственно-технологической деятельности знания фундаментальных и прикладных разделов специальных дисциплин магистерской программы (УКМ9);

информационных технологий, использование современные компьютерных сетей, баз данных, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности и за ее пределами, связанных с моделированием;

анализом результатов математической обработки научных данных с целью определения их достоверности и области использования; сбором, обработкой и хранением научной информации (УКМ10);

способность представлять итоги выполненной работы в виде отчетов, докладов на симпозиумах, научных публикаций с использованием современных возможностей информатики и ораторского искусства, а также добиваться их признания профессионалами (УКМ11);

владение принципами построения преподавания нанотехнологии и материаловедения в средней и высшей школе, представлениями о теоретических и психолого-педагогических основах управления процессом обучения, демонстрировать готовность к формированию учебного материала, чтению лекций, проведению семинаров, преподаванию и руководству НИР студентов (УКМ12).

2.4.2. Профессиональные компетенции магистра (ПКМ):

а) производственно-технологическая деятельность:

готовность к самостоятельной высококвалифицированной эксплуатации современного лабораторного и аналитического оборудования и приборов по избранному направлению исследований (ПКМ1);

способность к выработке, научному и методологическому обоснованию схем оптимальной комплексной аттестации продуктов реализации высокотехнологических процессов получения композитных наноматериалов (ПКМ2);

способность к ведению нормативных и методических документов при проведении научно-исследовательских и лабораторных работ (ПКМ3);

участие на уровне эксперта в экспериментальной и технико-проектной оптимизации существующих наукоемких методик получения композитных наноматериалов для успешной конкуренции на рынке идей и технологий (ПКМ4);

б) научно-исследовательская деятельность:

высокая готовность, основанная на реальном опыте работы, к проведению самостоятельных научно-исследовательских работ в области синтеза, исследования свойств и применения композитных наноматериалов на уровне эксперта, требующих широкой фундаментальной междисциплинарной подготовки и владения навыками современных экспериментальных методов (ПКМ5);

способность выработки новых теоретических подходов и принципов дизайна композитных наноматериалов с заданными свойствами, решение фундаментальных задач в соответствующих областях материаловедения (ПКМ6);

способность к разработке новых высокоэффективных технологий получения современных композитных наноматериалов (ПКМ7);

способность к комплексному анализу и аналитическому обобщению результатов научно-исследовательских работ с использованием современных достижений науки и техники, передового отечественного и зарубежного опыта в области наук о материалах, эвристического поиска и детального анализа научной и технической информации в области химического материаловедения и смежных дисциплин для научной, патентной и маркетинговой поддержки проводимых фундаментальных исследований и технологических разработок в области современного материаловедения (ПКМ8);

готовность к экспертному исследованию с помощью современных методов композитных наноматериалов, а также характера изменения реальной структуры материалов при вариации состава и условий синтеза (ПКМ9);

способность к академической мобильности, осуществляющейся в форме активного партнерского участия в работе зарубежных научноисследовательских лабораторий во время научных стажировок, а также путем презентации стендовых и устных докладов на научных конференциях, активное функционирования высших учебных заведений, институтов РАН, научнотехнических и научно-образовательных центров, центров трансфера технологий (ПКМ10);

готовность к организации Интернет-ресурсов для сбора и распространения междисциплинарных знаний в области современной науки о материалах, квалифицированное обобщение научных и экспериментальных данных, самостоятельная подготовка публикаций в отечественных и зарубежных изданиях, патентование полученных достижений (ПКМ11);

способность к педагогической деятельности по гармонизации фундаментальных естественнонаучных знаний с практическим овладением экспериментальными методами исследования композитных наоматериалов (ПКМ12);

в) организационно-управленческая деятельность:

подготовленность к осуществлению организационных мероприятий в области реализации запланированных научно-исследовательских работ, выполнения работ (ПКМ13);

способность к проведению экспертизы научно-исследовательских работ в области композитных наноматериалов (ПКМ14);

готовность к самостоятельной подготовке и проведению семинаров, организация научных мини-групп для решения поставленных научноисследовательских задач, организация работы исследовательских групп в рамках функционирования аналитических и сертификационных центров, руководство курсовыми и другими квалифицикационными работами студентов и стажеров (ПКМ15);

способность к ведению сметной документации на обеспечение научноисследовательских работ (ПКМ16);

высокая готовность к научной организации эксперимента, логистики средств и времени, проектирование научно-исследовательских работ в области композитных наноматериалов (ПКМ17);

способность к быстрой и качественной разработка бизнес - планов и проведению предварительных маркетинговых исследований для коммерциализации продуктов интеллектуальной (теоретической, научной и экспериментальной) деятельности, перспективная оценка экономической эффективности научно-исследовательских и научно-производственных работ в области композитных наноматериалов (ПКМ18);

способность к самостоятельной подготовке и реализации научных проектов ведомственных, национальных проектных систем (федерального уровня), а также международных грантов (ПКМ19).

образовательного процесса.

3.1. Примерный учебный план подготовки магистра с присвоением квалификации, составленный по циклам дисциплин, должен содержать базовую и вариативную части (в соответствии с профилем), включать перечень дисциплин, их трудоемкость и последовательность изучения (Приложение 1).

3.2. Примерные программы учебных дисциплин, практик Примерные рабочие программы учебных дисциплин (Приложение 2) подготовки магистров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы» (по форме действующих примерных программ) соответствуют дисциплинам примерного учебного плана подготовки магистров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы». В примерной учебной программе каждой дисциплины сформулированы конечные результаты обучения в связи с осваиваемыми знаниями, умениями и приобретаемыми компетенциями в целом по ПООП. В Приложении приведены программы дисциплин как базовой, так и вариативной части.

Примерная программа учебных и производственных практик (Приложение 3) соответствует учебным и производственным практикам примерного учебного плана подготовки магистров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы». Содержит описание целей и задач практик; компетенций, приобретаемых обучающимися в процессе практик; форм контроля освоения программ практик; рекомендуемые места организации практик; ссылки на нормативные документы по организации и проведению практик.

3.3. Примерный календарный учебный график Примерный календарный учебный график подготовки магистров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», составленный по форме действующего календарного графика приведен в Приложении 4.

4. Ресурсное обеспечение Высшее учебное заведение, реализующее основную образовательную программу подготовки магистра по профилю «Композитные наноматериалы» с присвоением степени «магистр техники и технологий» должно располагать материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов лекционной, семинарской, лабораторной, практической и научноисследовательской работы студентов, дисциплинарной и междисциплинарной подготовки, предусмотренных учебным планом вуза. Материально-техническая база должна соответствовать действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам. Лаборатории высшего учебного заведения должны быть оснащены современным научным оборудованием, позволяющим проводить исследования материалов и процессов их синтеза. Вуз должен располагать современной компьютерной техникой и программными средствами, позволяющими выполнять обработку и интерпретацию полученных результатов на современном уровне.

Проведение учебного процесса и научных исследований должно иметь материально-техническое и приборное обеспечение, к которому относятся:

• Обеспечение реактивами, химической посудой и другими • Обеспечение учебных аудиторий специализированной мебелью, включая современное оснащение лекционных аудиторий • Обеспечение учебных аудиторий оргтехникой и мультимедийной • Обеспечение оборудованием для синтеза материалов и их • Обеспечение измерительным оборудованием • Обеспечение научно-исследовательским оборудованием Примерный перечень основных видов лабораторного и научноисследовательского оборудования для подготовки магистров данного профиля включает:

наноматериалов Весовое оборудование Оборудование для компактирования наноматериалов Оборудование для термической обработки материалов Оборудование для механической обработки материалов Оборудование для химических, лазерных, микроволновых и иных методов синтеза Вакуумное оборудование Оборудование для диагностирования композитных наноматериалов Оборудование для оптической микроскопии Оборудование для гранулометрического анализа Оборудование для рентгеновской и электронной спектроскопии малых Оборудование для ИК спектроскопии и спектроскопии комбинационного Оборудование для фотоэлектронной спектроскопии Оборудование для магнитно-резонансных исследований Оборудование для рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа Оборудование для люминесцентной спектроскопия и спектроскопии поглощения Оборудование для элементного анализа Оборудование для различных видов микроскопии высокого разрешения Оборудование для изучения свойств композитных наноматериалов, в том числе функциональных Оборудование для изучения электрических свойств Оборудование для изучения оптических свойств Оборудование для термического анализа (термогравиметрический анализ;

дифференциальный термический анализ; дифференциальную сканирующую калориметрию) Оборудование для изучения механических свойств информационными ресурсами. К различным видам информационных ресурсов относятся:

• Научная, учебная, учебно-методическая литература;

• Доступ к информационным ресурсам через Интернет (WWW), включая основные отечественные и международные издательства, предоставляющие свободный и платный доступ к периодическим научным изданиям, справочному материалу, энциклопедиям, профессиональным базам данных, монографиям и учебникам.

• Базы данных, используемые в научно-исследовательском и • Учебная, учебно-методическая литература в электронном виде.

Проведение учебного процесса должно проходить в подготовленных и оборудованных для этих целей помещениях. Помещения должны:

• Соответствовать санитарным нормам, включая требования к их размеру, вентилируемости, освещению и др.

• Соответствовать техническим нормам по электроснабжению и • Соответствовать требованиям по утилизации отходов, включая в оборудованных временных хранилищ для отходов и реактивов 5. Рекомендации по использованию образовательных технологий наноматериалы» формы организации и проведения образовательного процесса теоретического плана включают:

– лекционные занятия;

– семинарские и практические занятия;

– самостоятельную работу;

– консультации;

Формы обучения, связанные с непосредственной практической подготовкой включают:

– лабораторные работы (лабораторный практикум);

– научно-исследовательскую работу в течение семестров;

– практику в предквалификационный период;

– выпускные квалификационные работы (магистерские диссертации).

Реализация основной образовательной программы подготовки магистров должна обеспечиваться квалифицированными педагогическими кадрами, причем не менее 70 % преподавателей, обеспечивающих учебный процесс по направлению магистратуры, должны иметь ученые степени доктора или кандидата наук.

Общее руководство научным содержанием и образовательной частью магистерской программы должно осуществляться профессором или доктором наук; один профессор или доктор наук может осуществлять подобное руководство не более чем двумя магистерскими программами; по решению Ученого совета вуза руководство магистерскими программами может осуществляться и кандидатами наук, имеющими ученое звание доцента.

Непосредственное руководство магистрантами осуществляется научными руководителями, имеющими ученую степень и (или) ученое звание или опыт руководящей работы в данной области (научного куратора);

количество магистрантов, работающих под руководством одного научного куратора, определяется Ученым советом вуза (не более 5 магистрантов на одного руководителя).

При проведении лекционных занятий используются обычные методики изложения материала. Основное внимание должно быть уделено формированию у студента приведенных выше компетенций магистра. Материал лекций должен соотноситься с методами контроля и оценкой их усвоения.

При проведении семинарских и практических занятий основное внимание традиционно уделяется активизации работы студентов при освоении теоретического (лекционного) материала. Семинарские занятия могут проводиться в рамках всех циклов дисциплин.

Самостоятельная работа студентов-магистрантов может выполняться в учебных кабинетах, компьютерных классах, в читальном зале, в домашних условиях. Самостоятельная работа должна подкрепляться учебно-методическим и информационным обеспечением, включающим учебники, учебнометодические пособия, программное обеспечение Должен предусматриваться доступ к информационным базам данных, включая ресурсы Интернета.

Необходимо предусмотреть получение студентом профессиональных консультаций со стороны преподавателей (в том числе, при подготовке к экзаменам и зачетам).

образовательным аспектам включают обеспечение:

лекций аппаратурой, помогающей лектору демонстрировать иллюстративный материал (включая мультимедийные средства);

семинарских занятий компьютерами для проведения вычислений или использования информационных систем, а также (для отдельных видов занятий) непосредственно сетевой работы с ресурсами WEB;

лабораторных работ реактивами, посудой, учебным (научно-учебным) оборудованием, другими необходимыми средствами (в зависимости от тематики конкретных работ) в соответствии с программой лабораторных практикумов.

Средства реализации основных образовательных программ подготовки магистров должны включать доступ студента к базам данных и библиотечным фондам, формируемым по полному перечню дисциплин (модулей) основной образовательной программы. Все дисциплины должны быть обеспечены учебниками и учебными пособиями в соответствии с утвержденными программами учебных дисциплин в количестве не менее 1 единицы на студентов.

практического освоения основных теоретических дисциплин учебных циклов.

экспериментальной работы. Лабораторные работы должны быть, обеспечены методическими разработками к задачам в количестве, достаточном для проведения групповых занятий.

Для проведения экспериментальной работы и оформления ее результатов, поиска литературных данных, расширения коммуникационных возможностей студентам должны быть предоставлены компьютеры с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет.

Курсовые работы и выпускные квалификационные работы являются средствами проведения образовательного процесса на максимально самостоятельном уровне. Задания для курсовых работ связаны с отдельными разделами профильных дисциплин. Выпускная работа, как правило, должна быть самостоятельным научным исследованием, с возможной публикацией результатов. Для проведения научно-исследовательской работы и оформления ее результатов, поиска литературных данных и написания выпускной работы, студентам должны быть предоставлены компьютеры с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет. Курсовые работы и выпускные квалификационные работы бакалавриата проходят защиту на аттестационных комиссиях в рамках кафедры (курсовые работы), факультета или вуза.

Научно-исследовательская практика в предквалификационный период проводится в лабораториях научно-исследовательских институтов РАН исследовательских центрах при производственных компаниях, оснащенных современным научным синтетическим и аналитическим оборудованием и имеющих признанные научные школы или активно работающие в науке группы ученых, и предназначена для освоения выпускниками теоретических разделов и приобретения экспериментальных навыков по теме будущей квалификационной работы (магистерской диссертации). Направление и объем работы устанавливаются в соответствии с содержанием магистерской программы. По итогам практики выставляется дифференцированный зачет с оценкой или иная дифференциированная оценка.

Выпускные квалификационные работы (магистерские диссертации) являются средствами проведения образовательного процесса на максимально самостоятельном уровне. Выпускная работа, как правило, должна быть самостоятельным научным исследованием, с возможной публикацией результатов. Для проведения научно-исследовательской работы и оформления ее результатов, поиска литературных данных и написания выпускной работы, студентам должны быть предоставлены компьютеры с соответствующим Государственных аттестационных комиссиях.

6. Требования к проведению итоговой государственной аттестации и разработке соответствующих оценочных средств 6.1. Общие требования к итоговой государственной аттестации Итоговая государственная аттестация магистра включает как обязательную элемент защиту выпускной квалификационной работы (магистерской диссертации). Государственный экзамен вводится по усмотрению вуза по дисциплинам, которые входят в перечень приемных экзаменов в аспирантуру по соответствующим научным специальностям.

Итоговые аттестационные испытания предназначены для определения практической и теоретической подготовленности магистра к выполнению профессиональных задач. Аттестационные испытания, входящие в состав итоговой государственной аттестации выпускника, должны полностью соответствовать основной образовательной программе высшего профессионального образования, которую он освоил за время обучения.

6.2. Требования к разработке оценочных средств при проведении итоговой государственной аттестации магистра Фонды оценочных средств, позволяющие определить уровень освоения выпускником универсальных (общенаучных), общепрофессиональных и профессионально-специализированных компетенций определяются и разрабатываются вузом, проводящим образовательный процесс по данному профилю.

магистранта (магистерской диссертации) Выпускная квалификационная работа (магистерская диссертация) представляет собой законченную теоретическую или экспериментальную научно-исследовательскую работу, связанную с решением актуальных задач, определяемых особенностями подготовки по профилю «Композитные наноматериалы».

Магистерская диссертация должна быть оформлена в печатном виде

на правах рукописи

. Магистерская диссертация отражает умение выпускника анализировать научную литературу по разрабатываемой теме, планировать и проводить экспериментальную часть работы, обсуждать результаты и представлять самостоятельно решать научную проблему. Результаты диссертация должны, как правило, служить основанием для научной публикации. Время, отводимое на подготовку магистерской диссертации, должно составлять не менее недель.

диссертации определяются высшим учебным заведением на основании Положения об итоговой государственной аттестации выпускников высших магистерской диссертации определяется научным руководителем магистранта в соответствии с разрабатываемой научной тематикой выпускающей кафедры или организации, принимающей магистранта на выполнение квалификационной работы (включая предквалификационную практику) и по согласованию с научным руководителем магистерской программы, и утверждается заведующим кафедрой и Ученым советом факультета (вуза).

Защита работы проводится на заседании Государственной аттестационной комиссии. При рецензировании магистерской диссертации рекомендуется привлечение рецензентов, не являющихся постоянными сотрудниками данного вуза.

6.4. Требования к государственному выпускному экзамену магистра Государственный выпускной экзамен для магистров является дополнительным видом государственной аттестации и вводится по решению ученого совета вуза.

Если в индивидуальном учебном плане магистра были предусмотрены выпускные магистерские экзамены по иностранному языку и по философской дисциплине, то результаты этих экзаменов могут быть засчитаны магистранту в качестве вступительных экзаменов в аспирантуру.

определяются вузом на основании Положения об итоговой государственной аттестации выпускников высших учебных заведений, утвержденного государственных экзаменах в магистратуре, должен соответствовать уровню требований на вступительных экзаменах в аспирантуру или кандидатских экзаменах.

Согласовано:

(указываются представители объединений, организаций работодателей) «_»2008 г Профиль подготовки Композитные №№ Наименование циклов, дисциплин, экономические дисциплины интеллектуальной собственности мультимедийного обучения) устойчивого развития цивилизации* менеджемент и маркетинг материалов* естественнонаучные дисциплины образовании:

нанокомпозитов моделировании композитных наноструктур * Цикл профессиональных дисциплин 30- Базовая (общепрофессиональная) 13- нанотехнологии структурных исследованиях материалов изучения наноструктурированных материалов Вариативная (профильная) часть 15- материалы материалы твердотельные наноматериалы. * материалы * композитных наноматериалов композитных материалов на основе композитных нанотрубок * кодирования аудио и видеоинформации* аттестация (выполнение и защита магистерской диссертации) образовательной программы * - Данные дисциплины могут быть заменены по выбору магистранта при составлении индивидуального учебного плана на специальные курсы из списка рекомендованных или любые другие – после согласования с научным руководителем и куратором магистерской программы.

Настоящий учебный план составлен, исходя из следующих данных:

1. Срок освоения основной образовательной программы подготовки магистра с присвоением квалификации при очной форме обучения составляет 103 недели, в том числе теоретическое обучение (включая практикумы, лабораторные работы и время, отводимое на контроль качества обучения) не менее 78 недель.

2. Максимальный объем учебной работы студента устанавливается час в неделю, включая все виды его аудиторной и внеаудиторной (самостоятельной) работы.

3. Одна зачетная единица эквивалентна 27-30 часам учебной работы студента. При проектировании программы обучения по физической культуре – одна зачетная единица эквивалентна 200 часам учебной работы студента.

4. Трудоемкость основной образовательной программы за учебный год – 60 зачетных единиц.

5. Объем аудиторных занятий студента при очной форме обучения магистра с присвоением квалификации не должен превышать в среднем за период обучения 27 часов в неделю.

6. Общий объем каникулярного времени в учебном году должен составлять 7-10 недель, в том числе не менее двух недель в зимний период. На выпускном курсе предусматривается 8 недель последипломного отпуска.

Примечание:

Настоящий примерный учебный план составлен в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) высшего профессионального образования по направлению подготовки «Нанотехнология».

Примерный учебный план используется для составления учебного плана вуза по данному направлению подготовки.

В рабочем учебном плане рекомендуется сохранить позиции, указанные в примерном плане для первых двух лет обучения.

Курсовые работы (проекты), текущая и промежуточная аттестации (зачеты и экзамены) рассматриваются как вид учебной работы по дисциплине и выполняются в пределах трудоемкости, отводимой на ее изучение.

Эксперты: _ _ Примерные программы дисциплин Министерство образования и науки Российской Федерации Примерная программа дисциплины "Фазовые переходы в нанокомпозитах" Рекомендуется для направления подготовки профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

(квалификация выпускника - магистр техники и технологии) Дисциплина "Фазовые переходы в нанокомпозитах" относится к базовой части учебного цикла “Профессиональные (общепрофессиональные) дисциплины” подготовки магистров по направлению «Нанотехнология» по профилю. «Композиционные наноматериалы»

Дисциплина "Фазовые переходы в нанокомпозитах" разработан на базе результатов последних исследований в области физики нанокомпозиционных материалов. Целью курса является подготовка студентов к работе в материаловедения. В курсе излагаются современные представления о фазовых переходах в наноструктурированных композиционных материалах, экспериментальных данных о фазовых переходах в нанокомпозитах, поверхности и межкомпонентных взаимодействий на характеристики фазовых переходов. Каждый раздел, посвященный определенному виду фазовых переходов, предваряется кратким изложением фундаментальных основ описания конкретного перехода в объемных средах. Во введении дается общее представление о структуре нанокомпозитов, понятие природы определенных свойств нанокомпозитов.

Курс "Фазовые переходы в нанокомпозитах" требует предварительной подготовки студентов по общей физике, представлений о физике твердого тела, принципов современных методов диагностики материалов, основ акустики твердых тел и знания элементов высшей математики (дифференциальное и интегральное исчисления, вариационный анализ).

1. Введение.

Композиты на основе нанопористых матриц (пористых стекол, фотонных кристаллов со структурой опала, цеолитов, молекулярных решеток), заполненных различными материалами. Наноструктурированные керамики.

Наноструктурированные наполнители в полимерной матрице. Особенности (плавление-кристаллизация, структурные фазовые переходы, переходы в магнитоупорядоченное состояние, сверхпроводящий фазовый переход, суперионный переход). Понятие размерных эффектов. Взаимодействие наноструктурированных элементов с матрицей и между собой.

2. Фазовый переход плавление-кристаллизация.

Фазовый переход плавление-кристаллизация в объемных материалах.

Экспериментальные исследования размерных эффектов на фазовый переход плавление-кристаллизация компонент нанокомпозиционных материалов.

Плавление и кристаллизация малых металлических частиц. Плавление и кристаллизация простых и органических жидкостей в услових ограниченной геометрии. Теория размерных эффектов на плавление и кристаллизацию.

Размерные эффекты в плавлении и кристаллизации изолированных малых частиц. Теоретические аспекты плавления и кристаллизации в условиях ограниченной геометрии. Интерпретация экспериментальных данных.

3. Структурные фазовые переходы.

Структурные фазовые переходы в объемных кристаллах. Понятие сегнетоэлектрических, сегнетоэластических, антисегнетоэлектрических переходов, переходов в несоразмерную фазу и размытых фазовых переходов.

Понятие параметра порядка для описания структурных фазовых переходов.

Разложение Ландау для фазовых переходов второго и первого рода.

Экспериментальные исследования размерных эффектов на структурные фазовые переходы. Сегнетоэлектрические малые частицы. Полярные пленки.

Наноструктурированные керамики.

Теоретические модели описания структурных фазовых переходов в наноструктурах. Сегнетоэлектрический, сегнетоэластический и антисегнетоэлектрический фазовый переход в тонкой пленке. Влияние антисегнетоэлектрический фазовый переход в малых частицах. Переход в сегнетоэлектрических частиц. Интерпретация экспериментальных исследований размерных эффектов на структурные фазовые переходы на основе имеющихся теоретические моделей.

4. Суперионный фазовый переход.

Понятие суперионного фазового перехода в объемных материалах.

Примеры кристаллических и аморфных суперионных материалов.

Экспериментальные исследования изменения ионной проводимости и фазовых переходов в нанокомпозиционных структурах. Малые суперионные частицы в нанопористых матрицах. Композиты с суперионной компонентой, приготовленные по керамической технологии. Теоретические модели суперионного перехода в нанокомпозитах. Теоретическая модель суперионного перехода в малых частицах на основе разложения Ландау. Роль поверхностных слоев в нанокомпозитах.

5. Переход в сверхпроводящее состояние.

Низкотемпературная сверхпроводимость в объемных металлах и сплавах.

Понятие длины корреляции и глубины проникновения магнитного поля в образец. Сверхпроводники первого и второго рода. Гранулированные сверхпроводники. Эффект Джосефсона.

Размерные эффекты в сверхпроводниках - теория. Критерий Андерсона для малых частиц. Дискретизация электронных уровней. Увеличение температуры перехода в сверхпроводящее состояние в низкоразмерных элементах. Переход в сверхпроводящее состояние в системе малых частиц. Роль связи между частицами. Влияние структуры энергетических уровней электронов на критерий Андерсона.

Экспериментальные исследования сверхпроводимости в системах пониженной размерности и интерпретация их результатов. Сверхпроводимость в малых частицах. Сверхпроводимость металлов в пористых стеклах и опаловых фотонных кристаллах. Сетка джозефсоновских контактов.

6. Магнитные фазовые переходы в нанокомпозитах.

Понятие ферромагнетиков, антиферромагнетиков, ферритов и состояния спинового стекла. Суперпарамагнетизм малых частиц. Флуктуационное размытие фазовых переходов в малых частицах. Размерные эффекты на температуру фазовых переходов. Роль магнитного взаимодействия нановключений между собой. Ограничения, накладываемые размерными эффектами на использование магнитных нанокомпозитов.

Экспериментальные исследования магнитных фазовых переходов в наноструктурированных композитах. Состояние спинового стекла в керметах.

Снижение температур фазовых переходов в частицах и пленках. Изменение характера фазового перехода. Появление магнитного упорядочения в диамагнитных кластерах. Подавление суперпарамагнетизма.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате освоения дисциплины «Фазовые переходы в нанокомпозитах»

студент должен:

– иметь представление:

о природе влиянии структурных особенностей нанокомпозитов на фазовые переходы в общем и на конкретные фазовые переходы, детально рассматриваемые в курсе лекций, о проявлении изменений фазовых переходов в наноструктурированных материалах по сравнению с объемными экспериментальных методах исследования фазовых переходов в нанокомпозитах;

современное состояние экспериментальных исследований конкретных фазовых переходов (переходов плавление-кристаллизация, переходов в сегнетоэлектрическое состояние и других структурных фазовых переходов, суперионного и сверхпроводящего фазовых переходов, переходов в магнитных материалах) в нанокомпозитах, основные теоретические модели рассматриваемых фазовых переходов в нанокомпозитах;

переходов в нанокомпозитах методами акустики, порошковой дифракции рентгеновских лучей, методами магнитометрии и ядерного магнитного резонанса;

анализировать процессы, происходящие при фазовых переходах в нанокомпозитах и приводящие к появлению макроскопических свойств, используемых в технических целях;

овладеть навыками самостоятельного подхода к рассмотрению физических эффектов, связанных с различными фазовыми переходами в наноструктурированных материалах.

Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков отражает вышеприведенные требования государственных образовательных стандартов.

4. Объем дисциплины "Фазовые переходы в нанокомпозитах" и распределение трудоемкости по видам учебной работы Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы ( академич.часов).

Лабораторные работы Семинарские занятия Подготовка к выполнению лабораторных работ Выполнение индивидуальных заданий Подготовка к презентации реферата Подготовка к зачетам Подготовка к экзаменам Формы итогового контроля 5. Разделы дисциплины и виды занятий Тема 1. Введение: Понятие наноструктурированных композиционных материалов, примеры фазовых переходов (плавлениекристаллизация, структурные фазовые сверхпроводящий фазовый переход, суперионный переход). особенности фазовых переходов в нанокомпозитах, понятие размерных эффектов.

Тема 2. Фазовый переход плавлениекристаллизация в нанокомпозитах:

Фазовый переход плавлениекристаллизация в объемных материалах, экспериментальные исследования размерных эффектов на фазовый переход плавлениекристаллизация компонент нанокомпозиционных материалов, теория размерных эффектов на плавление и кристаллизацию, роль взаимодействия с матрицей.

Тема 3. Структурные фазовые переходы в нанокомпозитах:

сегнетоэластических, антисегнетоэлектрических переходов, переходов в несоразмерную фазу и размытых фазовых переходов, понятие параметра порядка, разложение Ландау, экспериментальные исследования структурных фазовых переходов в нанокомпозитах объемных кристаллах, теоретические модели описания структурных фазовых переходов в наноструктурах, интерпретация экспериментальных исследований на основе имеющихся теоретические моделей.

Тема 4. Суперионный фазовый переход: Понятие суперионного фазового перехода в объемных материалах, экспериментальные исследования изменения ионной в нанокомпозиционных структурах, теоретические модели суперионного перехода в нанокомпозитах. роль поверхностных слоев в нанокомпозитах.

Тема 5. Переход в сверхпроводящее состояние в нанокомпозитах:

Низкотемпературная сверхпроводимость в объемных металлах и сплавах. размерные эффекты в сверхпроводниках теория. критерий Андерсона для малых частиц. увеличение температуры перехода в сверхпроводящее состояние в низкоразмерных элементах. роль связи между частицами.

экспериментальные исследования сверхпроводимости в системах пониженной размерности и интерпретация их результатов.

сверхпроводимость металлов в пористых матрицах, сверхпроводимость сетки джозефсоновских контактов, полимерные матрицы с ВТСП включениями.

Тема 6. Магнитные фазовые переходы в нанокомпозитах: Понятие ферромагнетиков, антиферромагнетиков, ферритов и состояния спинового стекла, суперпарамагнетизм малых частиц, Флуктуационное размытие фазовых переходов в малых включениях, экспериментальные исследования переходов в наноструктурированных композитах, состояние спинового стекла в малых включениях.

6. Примерный перечень практических (семинарских) занятий и

РАЗДЕЛ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАНОКРИСТАЛЛА.

НАНОРАЗМЕРНЫЕ И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ

СИСТЕМЫ

Свойства наноматериалов, определяемые структурой межблочных границ Типы границ межблочных границ. Дислокационные модели описания структуры границ..

РАЗДЕЛ II. РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ НАНОМАТЕРИАЛОВ

Рентгенофазовый анализ.

Работа с базами порошковых рентгенографических данных и кристаллоструктурных данных.

Рентгеноструктурный анализ поли- и нанокристаллов. Структурная амплитуда. Правила погасания. Индицирование порошковых рентгенограмм Сравнительные возможности различных методик определения параметров наноструктуры по рентгенографическим данным Принципиальные возможности рентгеновской дифракции, дифракции электронов, электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, адсорбционных, магнитных и других физико-химических методов в исследовании атомной структуры и наноструктуры

РАЗДЕЛ III. ПРИМЕРЫ СТРУКТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

НАНОМАТЕРИАЛОВ

6.2. План лабораторных занятий Раздел 1. Изучение методами ультразвуковой спектроскопии плавления и кристаллизации наноструктурированных металлов и органических жидкостей.

Исследование плавления и кристаллизации индия в нанопористой силикатной матрице.

Исследование плавления и кристаллизации галлия в нанопористой силикатной матрице.

Исследование плавления и кристаллизации декана в нанопористой силикатной матрице.

Раздел 2. Изучение методом порошковой дифракции рентгеновских лучей структуры наноструктурированных металлов.

Получение и анализ рентгеновских спектров индия в нанопористой силикатной матрице при комнатной температуре.

Получение рентгеновских спектров в процессе плавления и кристаллизации галлия в нанопористой силикатной матрице.

Раздел 3. Применение методов магнитометрии для изучения фазовых переходов в нанокомпозитах.

Методика измерений статической магнитной восприимчивости. Исследований перехода в сверхпроводящее состояние галлия в наноструктурированном композите.

Исследований перехода в сверхпроводящее состояние наноструктурированного композита полимерная матрица-включения высокотемпературных сверхпроводников.

Влияние размерных эффектов на фазовый переход в состояние спинанового стекла в нановключениях стали в керметах.

Раздел 4. Применение методов ядерного магнитного резонанса для изучения фазовых переходов в нанокомпозитах.

Освоение метода ЯМР применительно к твердым телам на базе импульсного спектрометра Avance400.

Изучение методом ЯМР перехода в суперионное состояние наноструктурированного соединения AgI-CuI в составе нанокомпозита.

Изучение методом ЯМР атомной подвижности в расплаве галлия в составе нанокомпозита в процессе кристаллизации галлия.

Изучение методом ЯМР сегнетоэлектрического фазового перехода в наноструктурированном нитрите натрия в составе нанокомпозита.

6.3. Примерные темы курсовых работ № темы уч.Темы реферативных работ тем. плана Особенности структуры льда при кристаллизации воды в пористых Гистерезисные явления при плавлении и кристаллизации Применение уравнения Дебая-Шеррера для определения размеров нановключений в нанокомпозите.

Модель Изинга сегнетоэлектрического фазового перехода для 4 Свойства объемного суперионика AgI и нанокомпозитов с № темы уч.Темы реферативных работ тем. плана Исследование суперионной проводимости нанокомпозитов методами 5 Сверхпроводимость фотонных кристаллов, заполненных металлами.

Применение сквид-магнетометров для исследования сверхпроводящих нанокомпозитов.

6 Керметы – структура, свойства и применения.

6 Квантовые размерные эффекты в малых металлических частицах.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика, т.V, Статистическая физика. М.: Наука, 1976.

2. А. Брус, Р. Каули. Структурные фазовые переходы. М.: Мир, 1984.

3. Ю.А. Изюмов, В.Н. Сыромятников. Фазовые переходы и симметрия кристаллов. М.: Наука, 1984.

4. Б.А. Струков, А.П. Леванюк. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. М.: Наука, 1995.

5. В.В. Шмидт. Введение в физику сверхпроводников. М.: МЦНМО, 2000.

6. А.К. Иванов-Шиц, И.В. Мурин. Ионика твердого тела. СПб.: Из-во СПбГУ, 2000.

7. Петров Ю.И. Физика малых частиц. М., "Наука", 1982.

8. Нагаев Э.Л. Малые металлические частицы. УФН, Т.162, №9, 49-124 (1992).

9. Пирозерский А.Л., Чарная Е.В., Tien Cheng. Влияние геометрии сетки пор на фазовый переход в сегнетоэлектрике, заполняющем пористую матрицу Физика Твердого Тела 49, 2, 327-330 (2007).

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКИ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Проведение занятий по учебной дисциплине предусматривает наличие на кафедрах соответствующих возможностей для обеспечения требуемого использования электронных и Интернет-ресурсов при самостоятельной подготовке студентов, предусмотренной учебным планом:

1. Электронные пособия для подготовки к проведению лабораторных работ и написанию реферативных работ, включающие статьи, включенные в список дополнительной литературы.

2. Комплекс программных продуктов для подготовки студентами презентаций по темам реферативных работ и для обработки и представления результатов измерений лабораторного практимума (Power Point, Mathcad, Matlab, Origin, Grapher, Microsoft Word).

3. Наличие общей схемы работы с Интернет-ресурсами по заданным темам курса, включающей перечисление электронных адресов электронных библиотек и журнальных сайтов.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Проведение учебного процесса должно быть обеспечено:

-лекции - различной аппаратурой, помогающей лектору демонстрировать иллюстративный материал;

-лабораторные работы - учебным (научно-учебным) оборудованием в нанокристаллическом состоянии различной морфологии.

Для обработки результатов измерений и их графического представления, расширения коммуникационных возможностей студенты должны иметь возможность работать в компьютерных классах с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет.

Примерная программа дисциплины "Фазовые переходы в нанокомпозитах»" составлена в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин.

Приложение 2. Министерство образования и науки Российской Федерации Рекомендуется для направления подготовки профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

(квалификация выпускника - магистр техники и технологии) 1. Цели и задачи дисциплины В последние годы физика, технология и практическое использование систем пониженной размерности развиваются очень быстрыми темпами.

Постоянно появляются все новые типы электронных приборов, основанные на физических явлениях в квантоворазмерных структурах (квантовых ямах, квантовых нитях и квантовых точках).

Дисциплина "Физика квантоворазмерных систем" посвящена изложению основ одного из наиболее современных направлений физики твердого тела и полупроводниковой электроники, связанного с проявлением квантоворазмерных эффектов. Квантование качественно меняет все основные свойства электронной системы и приводит к появлению принципиально новых эффектов, что может быть использовано при создании новых типов приборов опто- и наноэлектроники. Дисциплина необходима для получения студентами знаний в области физики и технологии низкоразмерных систем, понимании основных свойств системы с пониженной размерностью, использующихся как при физических исследованиях, так и при проектировании и создании устройств на основе низкоразмерных структур. Особое внимание уделяется качественному и количественному сравнению различных эффектов, возникающих в объемных материалах и системах с пониженной размерностью. Знание, полученные в рамках этой дисциплины, являются необходимыми для работы в современных областях физики и технологии полупроводниковых низкоразмерных структур, а также в области создания и эксплуатации приборов и устройств на их основе.

предварительной подготовки студентов по таким дисциплинам как физика конденсированного состояния, физика полупроводников, квантовая механика, математика (дифференциальное и интегральное исчисления), технологии микроэлектроника. Знания, полученные в рамках данной дисциплины, необходимы в рамках дальнейшего обучения в рамках дисциплин, связанных с конкретными приборными применениями наноструктур.

КВАНТОВОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ "

Краткая характеристика целей и задач курса, его место в учебном процессе и связи с другими курсами, перечень основных разделов курса. Общие представления о квантоворазмерных системах. Основные тенденции развития современной микро- и наноэлектроники. Минимизация размеров рабочих элементов и возникающие при этом проблемы. Области использования квантоворазмерных структур.

РАЗДЕЛ I РАЗМЕРНОЕ КВАНТОВАНИЕ И

КВАНТОВОРАЗМЕРНЫЕ СТРУКТУРЫ

2.2. Классические размерные и квантоворазмерные эффекты.

Принцип размерного квантования и особенности энергетического спектра электронов.

Классические размерные и квантоворазмерные эффекты. Принцип размерного квантования. Энергетический спектр электронов в случае понижения размерности системы, принцип квантования энергии. Расчет волновых фуркций и уровней энергии в бесконечной прямоугольной потенциальной яме. Условия наблюдения квантоворазмерных эффектов.

используемые для их получения материалы.

Объекты, используемые для наблюдения квантоворазмерных эффектов:

тонкие пленки, МДП-структуры, структуры с одиночным и двойным гетеропереходом, многослойные гетероструктуры, дельта-слои. Особенности энергетических диаграмм используемых структур. Материалы, используемые для получения квантоворазмерных структур, их основные характеристики.

Квантовые нити и квантовые точки, структуры с вертикальным переносом.

Периодические и непериодические сверхрешетки. Понятие двумерного, одномерного и нульмерного электронного газа.

2.4. Методы расчета энергетического спектра носителей заряда в структурах различной размерности.

Решение уравнения Шредингера для электрона, находящегося в потенциальной яме различной формы. Симметричная потенциальная яма со стенками конечной высоты, несимметричная прямоугольная потенциальная яма. Треугольная и экспоненциальная потенциальная ямы. Нахождение условий существования уровней размерного квантования в потенциальных ямах различной формы. Вычисление энергетического спектра периодической сверхрешетки в рамках модели Кронига-Пенни и модели сильной связи.

Понятие о минизонах, их энергетический размер и его зависимость от параметров сверхрешетки.

Метод матриц переноса, его формулировка и удобство применения.

Использование метода матриц переноса для расчета энергетического спектра электронов в несимметричной прямоугольной потенциальной яме, его распространение на случай системы ям произвольной формы. Расчет энергетического спектра периодической сверхрешетки с помощью метода матриц переноса, сравнение результатов со стандартным методом.

РАЗДЕЛ II ТЕХНОЛОГИЯ КВАНТОВОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР

2.5. Требования к технологии получения квантоворазмерных структур и методы получения двумерных систем.

Требования к подбору веществ и технологии квантоворазмерных структур, трудности при их создании. Непригодность традиционных технологий. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии, его основные характеристики и достоинства. Методы контроля свойств выращиваемых структур. Две модели механизма роста структур на основе арсенида галлия.

Легирующие примеси и способы их введения. Газофазная эпитаксия их металлоорганических соединений. Принцип кристаллизации вещества из металлорганических соединений. Скорость роста, используемые газы-носители.

Достоинства и недостатки метода газофазной эпитаксии.

2.6. Методы получения структур с одномерным и нульмерным газом, концепция самоорганизации.

Получение одномерных- и нульмерных структур на базе двумерных структур. Традиционные методы микролитографии, их физические ограничения и недостатки. Методы травления материалов и недостатки в случае изготовления низкоразмерных систем.

Самоорганизация квантовых точек и нитей. Различные режимы роста гетероэпитаксиальных структур. Наноструктуры на фасетированных поверхностях. Вицинальные поверхности. Зависимость свободной энергии поверхности от ее ориентации. Возможные типы структур на фасетированных поверхностях. Упорядоченные массивы трехмерных когерентно-напряженных островков. Островки с дислокациями. Смачивающий слой. Энергия системы и ее различные составляющие. Параметры роста островков на примере арсенида индия. Многослойные массивы трехмерных когерентно-напряженных островков. Периодические структуры плоских доменов. Оптимальный размер доменов. Многослойные структуры. Спинодальный распад твердых растворов полупроводников. Модуляция состава и ширины запрещенной зоны.

Нанотехнологии, использование механо- и хемосинтеза для создания низкоразмерных структур.

РАЗДЕЛ III СВОБОДНЫЕ И СВЯЗАННЫЕ НОСИТЕЛИ В

СТРУКТУРАХ С ПОНИЖЕННОЙ РАЗМЕРНОСТЬЮ

2.7. Функция плотности состояний и статистка носителей заряда в ситемах пониженной размерности.

Метод вычисления функции плотности электронных состояний на основе выражения через дельта-функции, особенности его применения для структур различной размерности. Функция плотности электронных состояний в трехмерной, двухмерной, одномерной и нульмерной системах.

Количественное сравнение значений двумерной и трехмерной плотности состояний. Вычисление функции плотности состояний в периодической сверхрешетке, особенности методы расчета.

Статистика свободных носителе заряда в двухмерном электронном газе. Вырожденная и невырожденная статистика, критерий вырождения.

Критерии заполнения одной подзоны размерного квантования.

2.8. Связанные состояния в двумерных струкрурах.

Примесные состояния в двухмерных системах. Расчет энергии связи примесного центра, сравнение ее величины со случаем объемного кристалла.

Особенности зависимости энергии связи от ширины и высоты потенциальной ямы, а также типа используемых в гетероструктурах материалов. Случай квантовых нитей. Экситоны в двумерных системах, энергия связи экситонов, отличие свойств экситонов от случая объемных кристаллов. Влияние электрического поля на энергию связи экситона, управление энергией поглощаемого кванта излучения.

2.9. Изменение свойств системы носителей заряда в двумерных системах.

Экранирование носителей заряда в двухмерных системах, особенности его описания и параметров по сравнению с трехмерным случаем. Контактные явления, образование потенциальных ям и барьеров в приповерхностной области. Эффект поверхностного квантования, методы его математического описания. Двумерный диод Шоттки, зависимость емкости контакта от параметров материала и геометрических параметров образцов. Релаксация зарядов в двумерных системах, отличие от трехмерного кристалла. Пример релаксации сгустка электронов с лоренцовым профилем распределения.

Плазменные колебания в вырожденном двумерном электронном газе. Закон дисперсии двумерных плазмонов.

РАЗДЕЛ IV КИНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В

КВАНТОВОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМАХ

2.10. Проводимость и подвижность в двумерных системах.

Проводимость и подвижность в двумерных системах. Влияние размерности системы на время релаксации и вероятность рассеяния носителей заряда. Матричный элемент вероятности рассеяния. Сравнение значения времени релаксации для трехмерной и двумерной системы.

Различные механизмы рассеяния носителей заряда в двумерных системах и их особенности по сравнению с объемными кристаллами. Рассеяние на ионизованных примесях, фононное рассеяние, сплавное рассеяние, рассеяние на шероховатостях границы раздела. Требования, предъявляемые к низкоразмерным структурам для достижения высоких значений подвижности. Методы повышения значения подвижности в гетероструктурах - модулированное легирование, спейсерный слой. Межуровневое рассеяние.

Зависимость времени релаксации от толщины двумерного слоя. Осцилляции проводимости, вызванные межуровневым рассеянием.

2.11. Перенос носителей в квантовых нитях и системах квантовых Баллистическая проводимость квантовой нити, значение сопротивления квантовой нити. Зависимость проводимости квантовой нити от напряжения на затворе Шоттки, особенности влияния рассеяния носителей заряда на вид этой зависимости. Эффект кулоновской блокады, условия его наблюдения и их отличие от условий наблюдения квантоворазмерных эффектов.

Вертикальный перенос в системе квантовых ям. Полевая ионизация одиночной квантовой ямы. Резонансное туннелирование. Вольт-амперные характеристики сверхрешеток.

РАЗДЕЛ V ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КВАНТОВЫХ ЯМ

2.12. Оптическое поглощение в квантовых ямах Межзонное поглощение в квантовых ямах. Вид спектра поглощения.

Вычисление правил отбора для межзонных переходов в прямоугольной квантовой яме. Межуровневые переходы. Поляризационная зависимость коэффициента внутризонного поглощения света. Случаи тяжелых и легких дырок. Зависимость поглощения от направления циркулярной поляризации волны.

деполяризационные эффекты.

Оптическая ионизация квантовых ям. Спектр оптической ионизации резонансных и нерезонансных квантовых ям. Эффекты деполяризации.

Эффективная диэлектрическая проницаемость двумерной слоистой системы.

РАЗДЕЛ VI ДВУМЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ГАЗ В СИЛЬНОМ

МАГНИТНОМ ПОЛЕ

кинетических явлений в сильном магнитном поле.

Влияние магнитного поля на энергетический спектр электронов в трехмерном случае. Вычисление энергетического спектра двумерных электронов в магнитном поле, перпендикулярном и параллельном плоскости слоя, особенности влияния магнитного поля в том и другом случае.

Перенормировка эффективной массы, появление ее анизотропии. Кратность вырождения уровней в перпендикулярном магнитном поле, учет спинового расщепления. Разделение эффектов орбитального и спинового квантования.

Зависимость диссипативной и холловской проводимости от времени релаксации в сильных магнитных полях в рамках классической теории кинетических эффектов.

2.15. Квантовый эффект Холла и его объяснение.

Квантовый эффект Холла. Экспериментальные проявления квантового эффекта Холла. Квантовый эталон сопротивления использование квантового эффекта Холла в метрологии. Физическая природа квантового эффекта Холла. Механизм андерсоновской локализации состояний в разупорядоченных системах. Роль эффектов локализации состояний в квантовом эффекте Холла. Вывод выражения для значения холловской проводимости в области плато на ее зависимости от концентрации носителей заряда. Понятие о дробном квантовом эффекте Холла.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате освоения дисциплины «Физика квантоворазмерных систем» студент должен:

– иметь представление:

о конкретных параметрах квантоворазмерных систем различного типа;

о связи между фундаментальными свойствами систем с пониженной размерностью и методами их практического использования; о возможных способах использования полупроводниковых гетероструктур, структур с двумерным электронным газом, квантовых нитей и точек для разработки и изготовления принципиально новых полупроводниковых приборов и устройств;

особенности физических свойств систем с пониженной размерностью;

методы их теоретического описания; технологию создания структур с пониженной размерностью, включающую как традиционные методы микрои наноэлектроники, так и специфические технологические процессы, разработанные в последние годы для получения низкоразмерных структур;

конкретные материалы, которые могут использоваться для создания структур пониженной размерности, их параметры и особенности применения в различных структурах;

анализировать: процессы, происходящие в твердом теле при понижении размерности системы и вызывающие изменения в их свойствах;

критерии выбора материалов, пригодных для оптимального наблюдения тех или иных квантоворазмерных эффектов;

проводить расчеты: параметров модельных квантоворазмерных систем; параметров создаваемых структур, требуемых для их использования в том или ином заданном диапазоне длин волн, энергий кванта излучения, температур;

овладеть навыками применения математического аппарата квантовой механики для описания свойств квантоворазмерных систем;

самостоятельного использования знаний, полученных при изучении фундаментальной дисциплин в прикладных разработках для создания новых приборов с необходимыми для практики характеристиками.

Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков отражает требования государственных образовательных стандартов.

4. Объем дисциплины и распределение трудоемкости по видам учебной работы Самостоятельная работа Дисциплина в целом Формы итогового контроля 5. Разделы дисциплины и виды занятий Тема 1. Введение: цели, задачи и структура курса физики квантоворазмерных систем, его место в общей программе обучения

РАЗДЕЛ I РАЗМЕРНОЕ КВАНТОВАНИЕ И КВАНТОВОРАЗМЕРНЫЕ

СТРУКТУРЫ

Тема 2. Классические размерные и квантоворазмерные эффекты.

особенности энергетического спектра электронов.

Тема 3. Основные типы квантоворазмерных структур и используемые для их получения материалы Тема 4. Методы расчета энергетического спектра носителей заряда в структурах различной размерности

РАЗДЕЛ II ТЕХНОЛОГИЯ КВАНТОВОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР

Тема 5. Требования к технологии получения квантоворазмерных структур и методы получения двумерных систем Тема 6. Методы получения структур концепция самоорганизации

РАЗДЕЛ III СВОБОДНЫЕ И СВЯЗАННЫЕ НОСИТЕЛИ В СТРУКТУРАХ С

ПОНИЖЕННОЙ РАЗМЕРНОСТЬЮ

Тема 7. Плотность электронных структурах различной размерности Тема 8. Связанные состояния в двумерных структурах Тема 9. Изменение свойств системы системах

РАЗДЕЛ IV КИНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В КВАНТОВОРАЗМЕРНЫХ

СИСТЕМАХ

Тема 10. Проводимость и подвижность в двумерных системах

РАЗДЕЛ V ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КВАНТОВЫХ ЯМ

Тема 12. Оптическое поглощение в квантовых ямах Тема 13. Эффекты оптической деполяризационные эффекты

РАЗДЕЛ VI ДВУМЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ГАЗ В СИЛЬНОМ МАГНИТНОМ

Тема 14. Описание спектра двумерного электронного газа и кинетических явлений в сильном магнитном поле Тема 15. Квантовый эффект Холла и его объяснение 6. Примерный перечень практических (семинарских) занятий

РАЗДЕЛ I РАЗМЕРНОЕ КВАНТОВАНИЕ И

КВАНТОВОРАЗМЕРНЫЕ СТРУКТУРЫ

Принцип размерного квантования и особенности энергетического спектра электронов Методы расчета энергетического спектра носителей заряда в структурах различной размерности

РАЗДЕЛ III СВОБОДНЫЕ И СВЯЗАННЫЕ НОСИТЕЛИ В

СТРУКТУРАХ С ПОНИЖЕННОЙ РАЗМЕРНОСТЬЮ

Плотность электронных состояний и статистика носителей в структурах различной размерности Изменение свойств системы носителей заряда в двумерных системах

РАЗДЕЛ V ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КВАНТОВЫХ ЯМ

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. А.Я.Шик, Л.Г.Бакуева, С.Ф.Мусихин, С.А.Рыков. Физика низкоразмерных систем. -СПб.:Наука, 2001, 160с.

2. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и размерноквантованных структурах: Учебное пособие / Л.Е.Воробьев, С.Н.Данилов, Г.Г.Зегря, Д.А.Фирсов, В.А.Шалыгин, И.Н.Яссиевич, Е.В.Берегулин. С.Петербург: Наука, 2001, 248 стр.

1. Л.Е.Воробьёв, Е.Л.Ивченко, Д.А.Фирсов, В.А.Шалыгин. Оптические свойства наноструктур (Под ред. Е.Л.Ивченко и Л.Е.Воробьева). С.-Петербург:

Наука, 2001. -188 с.

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКИ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

1. С.Н.Лыков. Квантовая механика. Уч. пособие. - СПб.: Изд-во Политехн.

ун-та, 2001. – 150 с.

2. С.Н.Лыков, В.Э.Гасумянц, С.А.Рыков. Квантовая механика. Задачи с решениями. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 314 с.

3. В.Э.Гасумянц, Д.А.Фирсов. Электроны и фононы в квантово-размерных системах: Учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 96 с.

4. В.Э.Гасумянц, С.Н.Лыков, Д.А.Пшенай-Северин, С.А.Рыков, Д.А.Фирсов.

Размерное квантование. Часть 1 / Под ред. С.Н.Лыкова. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 264с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Проведение учебного процесса должно быть обеспечено:

-лекции - различной аппаратурой, помогающей лектору демонстрировать иллюстративный материал;

-лабораторные работы - учебным (научно-учебным) оборудованием в соответствии с программой лабораторных работ, химическими реактивами., образцами в нанокристаллическом состоянии различной морфологии.

Для обработки результатов измерений и их графического представления, расширения коммуникационных возможностей студенты должны иметь возможность работать в компьютерных классах с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет.

Примерная программа дисциплины "Структурный анализ нанокристаллов" составлена в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин.

Министерство образования и науки Российской Федерации " Неэмпирические расчеты в моделировании композитных наноструктур " Рекомендуется для направления подготовки профиль подготовки «Композитные наноматериалы»

(квалификация выпускника - магистр техники и технологии) 1. Цели и задачи дисциплины заданными или новыми уникальными свойствами и характеристиками является технологического прогресса.

Будущие технологии создания функциональных наноматериалов должны быть экономически рациональны, экологически безопасны и включать методы, позволяющие эффективно контролировать состав, структуру и, соответственно, свойства материалов на наноуровне. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что с уменьшением характерных размеров материалов и их переходом на наноуровень свойства материалов, как правило, претерпевают существенные индивидуальных нанообъектов и у их организованных ансамблей могут возникать новые свойства, интересные для фундаментальных исследований и важные для практических применений. В основе новых подходов к получению комбинирование наноразмерных объектов различной природы, а также оптимизация их пространственной организации, поскольку такие подходы, в принципе, открывают возможности для создания новых композитных и полифункциональных материалов.

наноструктур и композитных наноматериалов мощным, а для предсказания свойств новых материалов – единственным, методом является компьютерное моделирование. Моделирование может выполняться на различных уровнях детализации вещества или в различных масштабах.

Для наиболее точного рассмотрения нанообъектов должны применяться квантовомеханические (квантовохимические) методы компьютерного моделирования. К ним относятся методы Хартри-Фока, теории функционала плотности в рамках зонного и кластерного подходов. В расчетах структуры наноматериалов учитывается электронное строение атомов. Применение таких методов в связи с высокой детализацией моделей требует больших вычислительных ресурсов и может выполняться только на современных суперЭВМ или на параллельных кластерах. Использование памяти для хранения промежуточных данных растет пропорционально 4-ой степени числа частиц, которое кроме ядер включает и электроны. Оптимизация геометрии сложных структур, которыми являются нанообъекты и композитные наноматериалы, требует выполнения многократных итераций. Объем модельной системы на современных супер-ЭВМ и кластерах ограничивается 50-100 атомами и требует до 1000 часов вычислений.

Целью данной дисциплины является углубленное знакомство студентов с современным положением научных исследований в области компьютерного моделирования наноструктур неэмпирическими (ab initio) методами, перспективами развития этих методов и применения их для научнотехнических исследований и создания новейших композитных наноматериалов с заранее заданными свойствами.

Из сказанного выше вытекают конкретные задачи данной дисциплины.

1. Лекционная часть дисциплины ставит задачи:

дать слушателям углубленное представление о теоретических основах неэмпирических методов расчета композитных наноструктур;

используемых в неэмпирических методах, о преимуществах, недостатках, ограничениях, оластях применимости различных моделей;

научить студентов грамотно ставить задачу для конкретного моделирования исходя из целей и задач научного исследования наноструктур и имеющихся вычислительных ресурсов;

дать сведения о методах задания начальных данных и способах интерпретации результатов численных экспериментов;

дать обзор современных пакетов прикладных программ и программ обработки данных, областях их применения и об их техникоэкономических показателях.

2. Лабораторно-вычислительный практикум ставит задачи:

научить слушателей эффективно использовать современные пакеты прикладных программ для компьютерного моделирования неэмпирическими методами композитных наноструктур;

научить их оптимальным способом задавать начальные условия моделирования для наиболее эффективного выполнения расчетов;

научить выполнять комплексный анализ полученных данных и критически оценивать результаты численных экспериментов, визуализировать полученные наноструктуры;

ознакомить студентов с методами использования для целей компьютерного моделирования современных высокопроизводительных вычислительных ресурсов (суперЭВМ и параллельных кластеров), а также научить их использовать пакеты на параллельных кластерах и супер-ЭВМ для проведения наиболее быстрого и эффективного моделирования наноструктур и материалов, привить студентам навыки подготовки данных для представления в докладах и публикациях (в виде отчетов по лабораторным работам);

научить устанавливать имеющиеся программные пакеты на параллельные Linux-кластеры, оптимизировать пакеты для имеющихся архитектур кластеров и супер-ЭВМ.

2. Примерная программа дисциплины "Неэмпирические расчеты в моделировании композитных наноструктур" 2.1. Тема 1: Введение. Цели и задачи компьютерного моделирования композитных наноматериалов.

Цель курса «Неэмпирические расчеты в моделировании композитных наноструктур». Место курса в общем плане подготовки магистров по профилю «Композитные наноматериалы». Теория, эксперимент и моделирование. Цели и задачи моделирования композитных наноструктур. Модели вещества, применяемые на разных уровнях детализации среды. Пространственное разрешение модели. Потенциал взаимодействия частиц. Размер системы и граничные условия. Метод моделирования: состояние или эволюция системы.

РАЗДЕЛ I ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЕЭМПИРИЧЕСКИХ

МЕТОДОВ

2.2. Тема 2: Квантовомеханическое описание атомов и простых молекул.

Атом водорода. Атомные единицы длины и энергии. Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Правила Хунда. Двухатомные молекулы. Образование молекулы из двух атомов. Молекула водорода. Валентность атомов.

Распределение электронной плотности в молекуле. Молекулы с ионной (гетерополярной) связью.

2.3. Тема 3: Неэмпирические методы расчета наноструктур.

приближение. Одноэлектронное приближение. Приближение Хартри–Фока.

A posteriori учет корреляционных эффектов в методе Хартри-Фока. Метод Меллера-Плессе. Метод конфигурационного взаимодействия. Метод связанного кластера. Метод теории функционала плотности. Приближение локальной плотности. Приближение обобщенного градиента. Метод FLAPW.

Метод Коринги-Кона-Ростокера. Аналитическое представление волновых функций. Плоские волны. Гауссовы и слейтеровские функции.Симметрия кластеров и кристаллов. Закрытые и открытые элементы симметрии.

Элементы теории групп. Точечные группы симметрии. Пространственные группы симметрии.

РАЗДЕЛ II КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

НАНОСТРУКТУР

2.4. Тема 4: Пакет для неэмпирических зонных расчетов по методу FLAPW.

самосогласованного поля. Повышение точности расчетов. Расчет свойств.

Распределение электронной плотности. Плотность состояний. Зонная структура.

Оптимизация объема элементарной ячейки.

2.5. Тема 5: Пакеты для неэмпирических зонных расчетов по методу Корринги-Кона-Ростокера.

директории. Создание системы. Выбор системы. Запуск программы SPR-KKR.

Запуск процедуры SCF. Расчет DOS. Параметры программы SPRKKR. Пакет AkaiKKR. Запуск программы. Единицы, используемые в программе. Создание входного файла. Внутренние параметры программы specx.

неэмпирических расчетах наноструктур.

Последовательная и параллельная модели программ. Законы Амдала.

Две парадигмы параллельного программирования. Разработка параллельного алгоритма. Стандартизованные системы параллельного программирования:

OpenMP, интерфейс передачи сообщений MPI.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины моделировании композитных наноструктур» студент должен:

о различных методах моделирования веществ в конденсированных фазах;

об основных принципах и законах квантовой механики, положенных в основу неэмпирических методов расчета композитных наноструктур;

моделирования наноструктур;

об истории развития компьютерного моделирования и истории развития неэмпирических методов моделирования;

исследовании и значимости методов компьютерного моделирования для разработки новых композитных наноструктур;

о современных средствах вычислительной техники, коммуникации и связи, в том числе о высокопроизводительных вычислительных ресурсах — суперЭВМ и параллельных Linux-кластерах.

содержание теоретических глав курса лекций;

методы научного исследования в области компьютерного моделирования;

методы анализа и обработки расчетных данных;

физические и математические модели основных процессов и явлений, а также приближения и упрощения, используемые при построении моделей, области применимости моделей, области допустимых значений параметров моделей, относящихся к исследуемым объектам;

пакеты прикладных программ, применяемые для моделирования нанокомпозитов неэмпирическими методами, и их технико-экономические характеристики, программы обработки и визуализации данных;

методики оценки технико-экономической эффективности применения пакетов прикладных программ для моделирования;

специальную учебную, справочную и научно-техническую литературу по компьютерному моделированию неэмпирическими методами;

анализировать состояние научно-технической проблемы, решение которой должно (частично) выполняться методами компьютерного моделирования;

сформулировать техническое задание, поставить цель и задачи конкретного исследования с помощью неэмпирических методов расчета композитных наноструктур в рамках решения общей научно-технической проблемы;

анализировать, систематизировать и обобщать научно-техническую информацию по неэмпирическим методам расчета нанокомпозитов и по результатам подобных исследований других авторов;

выбирать оптимальные методы расчетов и пакеты прикладных программ, реализующих данный метод и предназначенных для моделирования исследуемых наноструктур, исходя из задач конкретного исследования;

проводить экспериментальные (численный, компьютерный эксперимент) исследования с целью модернизации или создания новых композитных наноматериалов или оптимизации их параметров;

использовать типовые пакеты прикладных программ для моделирования наноструктур неэмпирическими методами и средств анализа и визуализации полученных результатов в рамках исследования нанокомпозитов;

анализировать и критически оценивать результаты численных экспериментов, оптимально подбирать параметры моделирования для получения достоверных результатов;

анализировать научную и практическую значимость проводимых компьютерных исследований, а также оценивать технико-экономическую эффективность выполняемого моделирования в плане привлечения вычислительных ресурсов и затраченного времени моделирования;

подготавливать результаты исследований для опубликования в научной печати, а также составлять обзоры, рефераты, отчеты и доклады по выполненным исследованиям.

Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков отражает вышеприведенные требования государственных образовательных стандартов.