Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика»



Скачать 143.91 Kb.
Дата06.01.2013
Размер143.91 Kb.
ТипРабочая программа
Федеральное агентство по образованию

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО
Кафедра теоретической и математической физики

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА




по дисциплине ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
для специальностей 010400 – «Физика», 014000 – «Медицинская физика», 014200 – «Биохимическая физика» и направления 510400 – «Физика»,

реализуемых на физическом факультете


Саратов 2006 год

Рабочая программа

составлена в соответствии

с Государственным образовательным

стандартом ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

по специальности 010400 - ФИЗИКА

(номер государственной регистрации _______________

от «200_ г.)


ОДОБРЕНО:

Председатель учебно-методической
комиссии физического факультета,

профессор

__________________ В.Л. Дербов
__________________ 2006 г.





УТВЕРЖДАЮ:

Проректор по учебной работе,

профессор

______________Е.М. Первушов

__________________ 2006 г.


СОГЛАСОВАНО:

Декан физического факультета,

профессор Д.А.
Зимняков


Вид учебной работы

Бюджет времени по формам обучения, час

очная

очно-заочная

заочная

полная программа

ускорен-ные сроки

полная программа

ускоренные сроки

Аудиторные занятия, всего

34













в том числе: - лекции - лабораторные (практические) - семинарские

34













Самостоятельная работа студентов

17













Зачеты, +/-

+













Экзамены, +/-

+













Контрольные работы, количество

-













Курсовая работа, + /-

-














Заведующий кафедрой теоретической и

математической физики, профессор С.А. Смолянский
Автор: доцент кафедры теоретической и

математической физики, доцент, к.ф.-м.н. Л.М. Бабков

1. Организационно-методическое сопровождение

Дисциплина «Физика конденсированного состояния» является заключительной частью цикла общепрофессиональных дисциплин «Теоретическая физика». Целью курса является изучение микроскопической теории конденсированного состояния вещества, главным образом, твердого тела.

Курс лекций «Физика конденсированного состояния» предназначен для студентов 4-го курса физического факультета. Студенты должны усвоить основные законы и методы квантовой теории и теоретической механики и уметь применять их для решения конкретных задач физики твердого тела. Курс опирается на полученные ранее знания по математике (математический анализ, методы математической физики, теорию вероятностей) и физике (классическая и нерелятивистская квантовая механика, электродинамика, механика сплошной среды, статистическая физика) и в свою очередь является основой специальных курсов по теоретической физике (квантовая теория твердого тела, теория полупроводников и т.д.).

Изучение теории конденсированного состояния осуществляется по дедуктивной методической схеме. В основе теории лежит уравнение Шредингера в приложении к пространству, обладающему трансляционной симметрией.

Важное значение в процессе обучения имеет самостоятельная работа студентов, на которую отводится значительная часть часов учебного плана. Студентам рекомендуется выполнять более подробно промежуточные вычисления и решать указанные лектором задачи. Для повышения эффективности аудиторных занятий рекомендуется также повторять отдельные фрагменты предшествующих частей курса теоретической физики.

В результате усвоения курса студенты должны:

- овладеть теоретическими методами физики твердого тела;

- знать основные виды движения в твердом теле и описывать их;

- описывать и качественно объяснять состояния в твердом теле;

Для итогового контроля знаний по дисциплине предусмотрен экзамен.
2. Тематический план учебной дисциплины


№ п/п

Наименование раздела, подраздела, темы лекции

Бюджет учебного времени

Форма те­кущего и итогового контроля





Всего

в том числе









лекции

лабора­торные и прак­тиче­ские

семи­нарские занятия

Само­стоя­тельная работа



1

2

3

4

5

6

7

8




1

Введение

1

1













2

Симметрия и стационарные состояния кристаллов

6

4







2




3

Колебания кристаллической решетки, фононы

12

8







4




4

. Одноэлектронные состояния в кристалле

12

8







4




5

. Статистика электронов в твердом теле

6

4







2




6

Электрон-фононное взаимодействие.

4

2







2




7

Движение электронов в кристалле при наличии магнитного поля.

6

4







2




8

Оптическое поглощение в твердом теле

3

2







1




9

Заключение

1

1













Итого

51

34







17

зачет


3. Содержание учебной дисциплины «Физика конденсированного состояния»

1

Введение.

Предмет и задачи дисциплины. Место теории конденсированного состояния в теоретической физике.

2

Симметрия и стационарные состояния кристаллов

2.1

Пространственная решетка кристаллов, ячейка Вигнера-Зейтца, обратная решетка, первая зона Бриллюэна, приведенный волновой вектор, квазиимпульс.

2.2

Общие свойства стационарных состояний, периодичность энергии как функции волнового вектора, зонная структура.

3

Колебания кристаллической решетки, фононы

3.1

Типы связей в твердом теле. Фононы в одномерном ковалентном кристалле с одной частицей в элементарной ячейке. Акустические фононы.

3.2

Фононы в одномерном ковалентном кристалле с двумя частицами в элементарной ячейке. Оптические фононы.

3.3

Фононы в трехмерном кристалле с одной частицей в элементарной ячейке,

3.4

Взаимодействие фононов.

4

Одноэлектронные состояния в кристалле

4.1

Приближения Хартри-Фока и адиабатическое.

4.2

4.3

4.4
4.5


Электрон в периодическом поле , эффективная масса.

Локализованные состояния

Приближенные методы вычисления одноэлектронных состояний: эффективной массы, свободных и сильно связанных электронов.

Вторичное квантование систем электронов, дырочное представление. Классификация твердых тел на основе их энергетического спектра

5

Статистика электронов в твердом теле

5.1
5.2

6

Функция распределения Ферми, химический потенциал, энергия Ферми, их связь.

Зависимость химического потенциала от температуры в полуметаллах, чистых и примесных полупроводниках.

Электрон-фононное взаимодействие

Метод потенциала деформации в ковалентных кристаллах.

7

Движение электронов в кристалле при наличии магнитного поля

7.1

Теория Ландау. Собственная функция, собственное значение электрона.

7.2
7.3


Эффективная циклотронная масса. Гамильтониан. Квантовое уравнение движения. Циклотронная частота.

Квантование движения электрона в зоне проводимости. Эффекты де Гаазза—ван Альвена и др., магнитный пробой.

8

Оптическое поглощение в твердом теле.




Экситоны Ванье-Мотта в полупроводниках, экситоны Френкеля в молекулярных кристаллах.

9

Заключение. Актуальные проблемы физики твердого тела.

Раздел 4. Перечень основной и дополнительной литературы

Основная литература

  1. А.С.Давыдов. Теория твердого тела. М., Наука, 1976. 640 с.

  2. Ч.Киттель. Квантовая теория твердого тела. М., Мир, 1967, 492 с.

Дополнительная литература

  1. А.И.Ансельм. Введение в физику полупроводников.М.,Наука.1978. 616 с.

  2. С.В.Вонсовский, М.И.Кацнельсон. Квантовая физика твердого тела. М., Наука. 1983. 336 с.

  3. Р.Смит. Полупроводники. М., Мир. 1982, 560 с.

  4. В.И.Шкловский, А.Л.Эфрос. Электронные свойства легированных полупроводников. М., Наука. 1989. 416 с.

Раздел 5. Перечень средств обучения

1. Стандартные технические средства отображения информации, предусмотренные для лекционных аудиторий.

Раздел 6. Вопросы к курсу

  1. Пространственная решетка кристаллов, ее свойства: решетка Бравэ, ее базис; трансляционная симметрия и симметрия направлений, типы решеток, ячейка Вигнера-Зейтца.

  2. Обратная решетка кристаллов, первая зона Бриллюэна, собственные значения и собственные функции оператора трансляции, циклические условия (Борна-Кармана),

  3. “Приведенный” волновой вектор, квазиимпульс; общие свойства стационарных состояний, вытекающие из симметрии кристалла: энергетическая зона.

  4. Типы связей в твердом теле: ионная, ковалентная, металлическая, молекулярные кристаллы, кристаллы с водородной связью, одномерные и двумерные системы, квантовые кристаллы.

  5. Фононы в одномерном кристалле с ковалентной связью с одним атомом в элементарной ячейке, классический и квантовый способы описания.

  6. Фононы в одномерном кристалле с двумя атомами в элементарной ячейке, оптическая фононная ветвь.

  7. Фононы в трехмерном кристалле с одной частицей в элементарной ячейке.

  8. Взаимодействие фононов: механический ангармонизм, матричные элементы оператора возмущения, их физический смысл, процессы переброса, приложения : фононная проводимость.

  9. Электрон в периодическом поле: одномерная задача, модель Кронига-Пенни; трехмерная задача, решение уравнения Шредингера, зоны дозволенной энергии, ее периодичность, функции Блоха, пакет блоховских функций, его групповая скорость.

  10. Эффективная масса, тензор обратной эффективной массы, его связь с изоэнергетической поверхностью, эффективный гамильтониан, квантовые уравнения движения.

  11. Локализованные состояния: решение уравнения Шредингера при локальном нарушении периодичности, отщепление крайних уровней зоны, качественный анализ характеристик отщепленного уровня и волновой функции в одномерном случае.

  12. Приближенные методы вычисления одноэлектронных состояний: метод эффективной массы.

  13. Приближенные методы вычисления одноэлектронных состояний: приближение почти свободных электронов (построение энергетического спектра, разрывы на границах зон Бриллюэна, энергия как многозначная функция “приведенных” волновых векторов);

  14. Приближенные методы вычисления одноэлектронных состояний: приближение сильно связанных электронов – метод ЛКАО (основные допущения, формирование энергетического спектра, пример вычисления энергии одноэлектронного состояния в простой кубической решетке).

  15. Вторичное квантование системы электронов: представление чисел заполнения для фермионов, переход от координатного представления, операторные функции, одночастичный и двухчастичный операторы.

  16. Дырочное представление, описание процессов рождения и аннигиляции пары квазичастиц электрон-дырка.

  17. Классификация твердых тел на основе энергетического спектра их одноэлектронных состояний: металл, диэлектрик, полупроводник, примесные полупроводники, полуметаллы.

  18. Изоэнергетические поверхности, их структура. Плотность одноэлектронных состояний в шкале энергий, примеры в приближении изотропной эффективной массы, в приближении сильно и слабо связанных электронов, в дырочном представлении.

  19. Статистика электронов в твердом теле: функция распределения Ферми, химический потенциал, его вид в случае вырождения, энергия Ферми, ее связь с химическим потенциалом в металлах, полупроводниках, полуметаллах и сильно легированных полупроводниках.

  20. Зависимость химического потенциала от температуры в полуметаллах, полупроводниках, примесных полупроводниках.

  21. Собственные значения и собственные функции гамильтониана частицы в магнитном поле (теория Ландау).

  22. Эффективная циклотронная масса электрона проводимости: гамильтониан, квантовые уравнения движения, циклотронная частота, эффективная циклотронная масса.

  23. Квантование движения электрона в зоне проводимости при наличии поля; приложения: эффект де Гааза-ван-Альвена, магнитный пробой, превращение полуметалла в полупроводник и обратно в сильном магнитном поле.

  24. Метод потенциала деформаций для кристаллов с ковалентной связью.

  25. Экситоны Ванье-Мотта, Экситоны Френкеля.

Дополнения и изменения к рабочей программе на учебный год по дисциплине «Физика конденсированного состояния»

В рабочую программу внесены следующие изменения:

Дополнения и изменения в рабочей программе обсуждены на заседании

кафедры теоретической и математической физики

« » 200_г. (протокол № ).

Заведующий кафедрой

Похожие:

Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconН. Г. Чернышевского кафедра теоретической и математической физики рабочая программа
Физика, 014000 – Медицинская физика, 014200 – Биохимическая физика и направления 510400 – Физика
Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconРабочая программа для специальностей: 010701 «Физика», 010704 «Физика конденсированного состояния»
Рабочая программа согласована с выпускающими кафедрами и соответствует действующему учебному плану физического факультета, утвержденному...
Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconРабочая программа по дисциплине Физика элементарных частиц для специальности 010400 «Физика специализации 010401 «Теоретическая физика»

Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Физика Конденсированного Состояния Для специальности 010701 Физика
Требования государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (Специальность 010701 – физика) к обязательному...
Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconРабочая программа по дисциплине Астрофизика для специальностей 010400 Физика

Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconРабочая программа Молекулярная физика Специальность 010400 физика, направление 510400-физика
Особенности поведения и сложность в описании состояния таких систем приводят к необходимости использования различных методов: молекулярной...
Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconРабочая программа учебной дисциплины «Физика конденсированного состояния, термодинамика, статистическая физика, физическая кинетика»
Программа предназначена для подготовки специалистов по всем физическим специальностям. Курс «Термодинамика и статистическая физика»...
Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconРабочая программа учебной дисциплины по подготовке специалиста физика специальности 010400 "Физика" Экземпляр n пенза 2003
Рабочая программа учебной дисциплины по подготовке специалиста физика специальности 010400 "Физика"
Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconДисциплины «Физика конденсированного состояния, термодинамика, статистическая физика, физическая кинетика»
Ической механики и физической кинетики и формирование у студентов естественнонаучного мировоззрения и мышления. Курс призван продемонстрировать...
Рабочая программа по дисциплине физика конденсированного состояния для специальностей 010400 «Физика», 014000 «Медицинская физика» iconПрограмма вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 01. 04. 07 «Физика конденсированного состояния»
Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 010700 Физика...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org