Закреплена за кафедрой | Кафедра радиофизики и теоретической физики |
---|---|
Направление подготовки | 03.03.02. Физика |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 3 ЗЕТ |
Учебный план | 03_03_02_Ф-4-2019 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 4 (7) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 19 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 14 | 14 | 14 | 14 |
Практические | 22 | 22 | 22 | 22 |
Сам. работа | 72 | 72 | 72 | 72 |
Итого | 108 | 108 | 108 | 108 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики
Протокол от 06.06.2019 г. № 9/2018-19
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич
1.1. | формирование у студентов понимания современного состояния экспериментальной и теоретической базы науки, описывающей макроскопическую структуру твердых тел. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В |
ОПК-3 | способностью использовать базовые теоретические знания фундаментальных разделов общей и теоретической физики для решения профессиональных задач |
ПК-1 | способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
3.1. | Знать: |
---|---|
3.1.1. | О теоретических и экспериментальных основах формирования физики твердого тела. О перспективах и направлениях современных экспериментальных и теоретических исследований в области физики твёрдого тела. |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | Знать теоретические и экспериментальные основы физики твердого тела. Знать перспективы и направления современных экспериментальных и теоретических исследований в области физики твёрдого тела. Уметь применять полученные знания для решения задач физики твердого тела. Уметь осваивать новые теории и модели в области физики кристаллических и аморфных тел. |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | Применения полученных знаний для решения задач физики твердого тела. Осваения новых теорий и моделей в области физики кристаллических и аморфных тел. |
Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
---|---|---|---|---|---|---|
Раздел 1. Введение. | ||||||
1.1. | Понятие пространства и времени. Поле и вещество. Категории прерывность и непрерывность в современной физике, и корпускулярно – волновой дуализм. Симметрия и асимметрия в неживой природе. | Лекции | 7 | 1 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.2, Л2.1 |
1.2. | Понятие пространства и времени. Поле и вещество. Категории прерывность и непрерывность в современной физике, и корпускулярно – волновой дуализм. Симметрия и асимметрия в неживой природе. | Сам. работа | 7 | 12 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.2, Л2.1 |
Раздел 2. Абстрактные группы. | ||||||
2.1. | Основные понятия: группы, дискретные группы, непрерывные группы, подгруппы, изоморфизм, гомоморфизм. Представление группы, регулярное представление, Унитарное представление, векторное представление. Неприводимые представления. Характеры представления и их свойства. Примеры групп, имеющих приложение в физике. Квантовая механика и теория групп. | Лекции | 7 | 1 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.1 |
2.2. | Представление группы, регулярное представление, Унитарное представление, векторное представление. Неприводимые представления. Характеры представления и их свойства. | Практические | 7 | 4 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
2.3. | Основные понятия: группы, дискретные группы, непрерывные группы, подгруппы, изоморфизм, гомоморфизм. Представление группы, регулярное представление, Унитарное представление, векторное представление. Неприводимые представления. Характеры представления и их свойства. Примеры групп, имеющих приложение в физике. Квантовая механика и теория групп. | Сам. работа | 7 | 12 | Л1.2, Л2.1 | |
Раздел 3. Описание и исследование структуры кристаллов. | ||||||
3.1. | Периодические атомные ряды. Трансляции и кристаллические решётки. Примитивные ячейки. Набор операций симметрии. Решётки с базисом. Основные типы кристаллических решёток. Простые кристаллические структуры. Модель бесконечного кристалла. Циклические граничные условия. Положение и ориентация плоскостей в кристалле. Направления в кристаллах. Точечные и пространственные (фёдоровские) группы. Представление группы трансляций. Неприводимые представления пространственной группы. Волновой вектор. Обратная решётка. Дифракция в кристаллах. Закон Брэгга. Экспериментальные дифракционные методы. Метод Лауэ. Обратная решётка. Зона Бриллюэна. | Лекции | 7 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
3.2. | Трансляции и кристаллические решётки. Решётки с базисом. Циклические граничные условия. Волновой вектор. Обратная решётка. Дифракция в кристаллах. Закон Брэгга. Обратная решётка. Зона Бриллюэна. | Практические | 7 | 4 | Л1.2, Л2.1 | |
3.3. | Периодические атомные ряды. Трансляции и кристаллические решётки. Примитивные ячейки. Набор операций симметрии. Решётки с базисом. Основные типы кристаллических решёток. Простые кристаллические структуры. Модель бесконечного кристалла. Циклические граничные условия. Положение и ориентация плоскостей в кристалле. Направления в кристаллах. Точечные и пространственные (фёдоровские) группы. Представление группы трансляций. Неприводимые представления пространственной группы. Волновой вектор. Обратная решётка. Дифракция в кристаллах. Закон Брэгга. Экспериментальные дифракционные методы. Метод Лауэ. Обратная решётка. Зона Бриллюэна. | Сам. работа | 7 | 12 | Л1.2, Л2.1 | |
Раздел 4. Классификация твёрдых тел по типам связей. | ||||||
4.1. | Ван-дер-Ваальсовы кристаллы. Ионные кристаллы. Ковалентные кристаллы. Металлическая связь. Особенности твёрдого, жидкого и газообразного состояния вещества. Принципы строения конденсированных систем, ближний и дальний порядок, функции радиального распределения межатомных расстояний и атомной плотности. Функции распределения в статистической физике. Бинарная функция распределения и её уравнение. | Лекции | 7 | 1 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.1 |
4.2. | Ван-дер-Ваальсовы кристаллы. Ионные кристаллы. Ковалентные кристаллы. Металлическая связь. Особенности твёрдого, жидкого и газообразного состояния вещества. Принципы строения конденсированных систем, ближний и дальний порядок, функции радиального распределения межатомных расстояний и атомной плотности. Функции распределения в статистической физике. Бинарная функция распределения и её уравнение. | Сам. работа | 7 | 6 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
Раздел 5. Динамика кристаллической решётки. | ||||||
5.1. | Колебания моноатомного одномерного кристалла. Квантовый характер колебаний решётки. Фононы. Колебания и волны в одномерном кристалле с двумя атомами в элементарной ячейке. Фононы в трёхмерном кристалле. Удельная теплоёмкость решётки. Спектральная плотность колебаний решётки. Квантовая теория гармонического кристалла. Ангармонизм и тепловое расширение. Устойчивость кристаллических решёток. | Лекции | 7 | 1 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.1 |
5.2. | Колебания и волны в одномерном кристалле с двумя атомами в элементарной ячейке. Фононы в трёхмерном кристалле. Удельная теплоёмкость решётки. Спектральная плотность колебаний решётки. Квантовая теория гармонического кристалла. Ангармонизм и тепловое расширение. Устойчивость кристаллических решёток. | Практические | 7 | 3 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.1 |
5.3. | Колебания моноатомного одномерного кристалла. Квантовый характер колебаний решётки. Фононы. Колебания и волны в одномерном кристалле с двумя атомами в элементарной ячейке. Фононы в трёхмерном кристалле. Удельная теплоёмкость решётки. Спектральная плотность колебаний решётки. Квантовая теория гармонического кристалла. Ангармонизм и тепловое расширение. Устойчивость кристаллических решёток. | Сам. работа | 7 | 6 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
Раздел 6. Зонная теория твёрдых тел. | ||||||
6.1. | Общая постановка задачи квантовомеханического исследования твёрдого тела. Уравнения Хартри – Фока. Гамильтониан твёрдого тела. Периодичность кристаллического потенциала. Адиабатическое приближение. Адиабатический принцип Борна-Эренфеста. Циклические граничные условия Борна-Кармана. Уравнение Шрёдингера для электронов в кристалле. Теорема Блоха. Энергетический спектр электронов в кристалле и плотность состояний. Состояния электронов в кристаллической решетке. Зоны Бриллюэна, энергетические зоны. Понятие о поверхности Ферми. Взаимодействие электронов. Экранировка. Эффективная масса электронов. Примеси и примесные уровни. Дефекты. Статистика носителей заряда. Неравновесные электроны и дырки. Рассеяния носителей заряда, проводимость, и кинетические свойства диэлектриков, металлов и полупроводников. Квазичастицы. Электронная теплоёмкость. Статистика носителей заряда в полупроводнике. Вырожденные и невырожденные системы. Понятие о дырках. Донорные и акцепторные полупроводники. Рассеяния носителей заряда, проводимос | Лекции | 7 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
6.2. | Уравнения Хартри–Фока. Гамильтониан твёрдого тела. Адиабатическое приближение. Циклические граничные условия Борна-Кармана. Энергетический спектр электронов в кристалле и плотность состояний. Эффективная масса электронов. Электронная теплоёмкость. Статистика носителей заряда в полупроводнике. | Практические | 7 | 3 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
6.3. | Общая постановка задачи квантовомеханического исследования твёрдого тела. Уравнения Хартри – Фока. Гамильтониан твёрдого тела. Периодичность кристаллического потенциала. Адиабатическое приближение. Адиабатический принцип Борна-Эренфеста. Циклические граничные условия Борна-Кармана. Уравнение Шрёдингера для электронов в кристалле. Теорема Блоха. Энергетический спектр электронов в кристалле и плотность состояний. Состояния электронов в кристаллической решетке. Зоны Бриллюэна, энергетические зоны. Понятие о поверхности Ферми. Взаимодействие электронов. Экранировка. Эффективная масса электронов. Металлы, полуметаллы, диэлектрики и полупроводники. Собственные полупроводники. Электронная теплоёмкость. Статистика носителей заряда в полупроводнике. Вырожденные и невырожденные системы. Понятие о дырках. Донорные и акцепторные полупроводники. Рассеяния носителей заряда, проводимость, и кинетические свойства диэлектриков, металлов и полупроводников. | Сам. работа | 7 | 2 | Л1.2, Л2.1 | |
Раздел 7. Электронные свойства твёрдых тел. | ||||||
7.1. | Электрические магнитные, оптические, сверхпроводящие свойства твёрдых тел. Концепция квазичастиц в физике. Элементы теории ферми жидкости Ландау. Квазичастицы. Акустические и оптические фононы, плазмоны, экситоны Френкеля и Ванье. Конденсация бозонов. Электрон-фононные взаимодействия. Сверхтекучесть. | Лекции | 7 | 1 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
7.2. | Электрические магнитные, оптические, сверхпроводящие свойства твёрдых тел. Концепция квазичастиц в физике. Элементы теории ферми жидкости Ландау. Квазичастицы. Акустические и оптические фононы, плазмоны, экситоны Френкеля и Ванье. Конденсация бозонов. Сверхтекучесть. | Сам. работа | 7 | 6 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
Раздел 8. Неупорядоченные системы. | ||||||
8.1. | Общие свойства неупорядоченных систем. Модели беспорядка. Дифракционные исследования неупорядоченных систем. Уравнение для бинарной функции распределения. Решение уравнения для бинарной функции распределения. Уравнение Боголюбова. Уравнения Орнштейна-Цернике, Перкуса-Йевика. Теоретическое исследование энергетического спектра неупорядоченных систем и особенности этого спектра. Поверхностные состояния электронов. Состояния электронов в структурах с пониженной размерностью. | Лекции | 7 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
8.2. | Уравнение для бинарной функции распределения. Решение уравнения для бинарной функции распределения. Уравнение Боголюбова. Уравнения Орнштейна-Цернике, Перкуса-Йевика. | Практические | 7 | 4 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
8.3. | Общие свойства неупорядоченных систем. Модели беспорядка. Дифракционные исследования неупорядоченных систем. Уравнение для бинарной функции распределения. Решение уравнения для бинарной функции распределения. Уравнение Боголюбова. Уравнения Орнштейна-Цернике, Перкуса-Йевика. Теоретическое исследование энергетического спектра неупорядоченных систем и особенности этого спектра. Поверхностные состояния электронов. Состояния электронов в структурах с пониженной размерностью. | Сам. работа | 7 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
Раздел 9. Растворы и химические соединения. | ||||||
9.1. | Понятие фазы. Аллотропные превращения. Фазовая диаграмма. Упорядоченные растворы. Фазовые превращения. Фазовые диаграммы эвтектического типа. Фазовые диаграммы перитектического типа. Системы с образованием химических соединений. Твёрдые растворы. Сплавы замещения. Сплавы полупроводников. Сплавы типа растворов внедрения. Полярон Фрелиха. Взаимодействие света с кристаллической решеткой, поляритоны. Оптические свойства диэлектриков, металлов и полупроводников. | Лекции | 7 | 1 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
9.2. | Аллотропные превращения. Фазовая диаграмма. Фазовые диаграммы эвтектического типа. Фазовые диаграммы перитектического типа. | Практические | 7 | 3 | Л1.2, Л2.1 | |
9.3. | Понятие фазы. Аллотропные превращения. Фазовая диаграмма. Упорядоченные растворы. Фазовые превращения. Фазовые диаграммы эвтектического типа. Фазовые диаграммы перитектического типа. Системы с образованием химических соединений. Твёрдые растворы. Сплавы замещения. Сплавы полупроводников. Сплавы типа растворов внедрения. Полярон Фрелиха. Взаимодействие света с кристаллической решеткой, поляритоны. Оптические свойства диэлектриков, металлов и полупроводников. | Сам. работа | 7 | 2 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.1 |
Раздел 10. Жидкие кристаллы. | ||||||
10.1. | Общая характеристика жидкокристаллического состояния. Классификация жидких кристаллов. Нематики и холестерики. Смектики А, С, В. Количественное описание структуры жидких кристаллов. Замечательные особенности жидких кристаллов. Нейтронографические и рентгеноструктурные исследования неупорядоченных систем. | Лекции | 7 | 1 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.1 |
10.2. | Количественное описание структуры жидких кристаллов. | Практические | 7 | 1 | Л1.2, Л2.1 | |
10.3. | Общая характеристика жидкокристаллического состояния. Классификация жидких кристаллов. Нематики и холестерики. Смектики А, С, В. Количественное описание структуры жидких кристаллов. Замечательные особенности жидких кристаллов. Нейтронографические и рентгеноструктурные исследования неупорядоченных систем. | Сам. работа | 7 | 6 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.1 |
Раздел 11. Фуллерены. | ||||||
11.1. | История открытия. Особенности их строения и перспективы практического применения. Нанотрубки. | Лекции | 7 | 1 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л2.1 |
11.2. | История открытия. Особенности их строения и перспективы практического применения. Нанотрубки. | Сам. работа | 7 | 6 | ОПК-3 | Л1.2, Л2.1 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
Дифракция в кристаллах и обратная решётка. Тепловые свойства твёрдых тел. Движение электрона в периодическом поле. Физика полупроводников. Кинетические свойства твёрдых тел. |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
6.1. Рекомендуемая литература | ||||
6.1.1. Основная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л1.1 | А. И. Ансельм | Введение в теорию полупроводников: учеб. пособие для вузов | СПб.: Лань, 2008 | e.lanbook.com |
Л1.2 | И. Ф. Гинзбург | Введение в физику твердого тела. Основы квантовой механики и статистической физики с отдельными задачами физики твердого тела: учеб. пособия | СПб.: Лань, 2007 | portal.tpu.ru |
6.1.2. Дополнительная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л2.1 | Уэрт Ч., Томсон Р. | Физика твердого тела.: учеб. пособ. | М.: Мир, 2002 | |
Л2.2 | С. В. Болотин [и др.] | Теоретическая механика: учебник | М.: Академия, 2010 | |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | Множество полезных материалов опубликованы на сайте Интернет-университета информационных технологий «Интуит» по адресу http://www.intuit.ru. | |||
Э2 | Дополнительные материалы доступны на онлайн-ресурсе издательства «Лань» (http://e.lanbook.com/) и интернет-портале «Университетская библиотека онлайн» (http://www.biblioclub.ru/). | |||
6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
Аудитория | Назначение | Оборудование |
---|---|---|
Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |