| Закреплена за кафедрой | Кафедра общей и экспериментальной физики |
|---|---|
| Направление подготовки | 03.03.02. Физика |
| Профиль | Медицинская физика; Современные функциональные материалы |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 6 ЗЕТ |
| Учебный план | 03_03_02_Физика_Профили-2023 |
|
|
||||||||||||||||||
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 3 (6) | 4 (7) | Итого | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Недель | 22 | 16 | ||||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 24 | 24 | 14 | 14 | 38 | 38 |
| Лабораторные | 26 | 26 | 22 | 22 | 48 | 48 |
| Сам. работа | 20 | 20 | 23 | 23 | 43 | 43 |
| Консультации | 38 | 38 | 22 | 22 | 60 | 60 |
| Часы на контроль | 0 | 0 | 27 | 27 | 27 | 27 |
| Итого | 108 | 108 | 108 | 108 | 216 | 216 |
| 1.1. | Цель данного курса - познакомить начинающих исследователей с тем, как основные методы теории поля применяются для интерпретации, описания и численных расчетов в физике конденсированного состояния, овладеть современными профессиональными знаниями в области теории конденсированого состояния вещества, научиться решать задачи, познакомить с проявлениями квантовой механики в макроскопических свойствах материалов. Упор будет сделан на методы описания квантовых эффектов в атомной и электронной структуре кристаллических и аморфных систем. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.05 |
| ОПК-1 | Способен применять базовые знания в области физико-математических и (или) естественных наук в сфере своей профессиональной деятельности; |
| ОПК-1.1 | Знает основные физические и математические законы и методы накопления, передачи и обработки информации; |
| ОПК-1.2 | Умеет использовать в профессиональной деятельности и применяет физикоматематические и естественнонаучные знания, физические законы и математически методы дляьрешения задач теоретического и прикладного характера |
| ОПК-1.3 | Умеет анализировать и обобщать профессиональную информацию на теоретикометодологическом уровне |
| ОПК-1.4 | Умеет решать стандартные профессиональные задачи с применением естественнонаучных знаний, физических законов, математических методов и методов моделирования. |
| ОПК-1.5 | Владеет навыками теоретического и экспериментального исследования объектов профессиональной деятельности |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | знать основные подходы к описанию атомной и электронной структуры кристаллов и аморфных тел структуру и классификацию конденсированных сред, представления симметрии твердых тел, основные физические свойства твердых тел и квантовых жидкостей, теоретические методы исследования конденсированных сред |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | уметь решать уравнение Шредингера в различных приближениях и получать энергетический спектр многоатомной системы использовать математический аппарат квантовой механики и квантовой теории поля, физически интерпретировать квантовые процессы, протекающие в конденсированных средах применять точные методы решения многоэлектронных задач к исследованию свойств реальных систем |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | владеть основными методами получения электронной структуры многоатомной системы и делать выводы о физических свойствах системы на основании особенностей электронной системы; общими математическими методами квантовой теории |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Физическое содержание квантовой теории. Математический аппарат квантовой тории. Квантовая теория многих тел. | ||||||
| 1.1. | Операторное представление квантовой механики. Матричное представление квантовой механики.«Бра-кет» формализм Дирака. Вариационный принцип в квантовой механике. Теория возмущений. Момент импульса и его представление в квантовой механике. | Лекции | 6 | 2 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 1.2. | Тождественные частицы и спин. Квантовомеханические спиноры. Квантово-механическое описание состояний атомов легких и тяжелых химических элементов. Взаимосвязь «бра-кет» формализма Дирака с операторным и матричным представлениями квантовой механики. Квантовая механика кубитов. | Лекции | 6 | 2 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 1.3. | Основы квантовой теории многих тел - приближения Хартри, Хартри-Фока. Метод функционала плотности (DFT). Приближение локальной плотности (LDA). Формализм и уравнения Кона-Шема. Гибридные методы DFT. Вторичное квантование. Теория представлений | Лекции | 6 | 4 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 1.4. | Физическое содержание квантовой теории. Математический аппарат квантовой тории. Квантовая теория многих тел. Применение диаграммной техники | Лабораторные | 6 | 10 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л2.6, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 1.5. | Физическое содержание квантовой теории. Математический аппарат квантовой тории. Квантовая теория многих тел. | Консультации | 6 | 14 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л2.6, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 1.6. | Физическое содержание квантовой теории. Математический аппарат квантовой тории. Квантовая теория многих тел. | Сам. работа | 6 | 6 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л2.6, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| Раздел 2. Квантовая тория конденсированных сред | ||||||
| 2.1. | Квантовое описание ансамбля микрочастиц. Квантовая статистика ансамбля микрочастиц. Метод квантовой молекулярной динамики. | Лекции | 6 | 4 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 2.2. | Макроскопические квантовые явления в конденсированном веществе. Элементы физики квантовых фазовых переходов. | Лекции | 6 | 6 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 2.3. | Методы квантовой теории поля в физике конденсированного состояния. Одномерные системы. Фермионы на решетках. Топология зон Бриллюэна | Лекции | 6 | 6 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 2.4. | Квантовая тория конденсированных сред | Лабораторные | 6 | 16 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л2.6, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 2.5. | Квантовая тория конденсированных сред | Консультации | 6 | 24 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л2.6, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| 2.6. | Квантовая тория конденсированных сред | Сам. работа | 6 | 14 | Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.3, Л1.4, Л2.5, Л1.5, Л2.6, Л1.6, Л1.7, Л1.8 | |
| Раздел 3. Квантовая теория твердых тел | ||||||
| 3.1. | Общие свойства энергетического спектра электрона в идеальном кристалле. Методы расчета зонной структуры. Применение симметрии к определению зонной структуры кристаллов. Метод эффективной массы | Лекции | 7 | 4 | Л2.1, Л1.1, Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.4, Л1.4, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8, Л2.7 | |
| 3.2. | Взаимодействие между электронами. Колебания кристаллической решетки. Взаимодействие электронов с колебаниями решетки. | Лекции | 7 | 4 | Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.4, Л1.4, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8, Л2.7 | |
| 3.3. | Полупроводниковые кристаллы. Электродинамика металов. Акустические затухания в металла. Теория сплавов. Корреляционные функции и дифракция нейтронов в красталлах. Применение Функции Грина в физике твердого тела. | Лекции | 7 | 6 | Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.4, Л1.4, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8, Л2.7 | |
| 3.4. | Квантовая теория твердых тел | Лабораторные | 7 | 22 | Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.4, Л1.4, Л1.5, Л2.6, Л1.6, Л1.7, Л1.8, Л2.7 | |
| 3.5. | Квантовая теория твердых тел | Консультации | 7 | 22 | Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.4, Л1.4, Л1.5, Л1.6, Л1.7, Л1.8, Л2.7 | |
| 3.6. | Квантовая теория твердых тел | Сам. работа | 7 | 23 | Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л1.3, Л2.4, Л1.4, Л1.5, Л2.6, Л1.6, Л1.7, Л1.8, Л2.7 | |
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| см. Приложение |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| см. Приложение |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| см. Приложение |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Е. А. Краснопевцев. | Квантовая механика в приложениях к физике твердого тела [Текст: электронный] : учебное пособие | Новосибирск : НГТУ, 2017 | e.lanbook.com |
| Л1.2 | Б. П. Демидович | Математические основы квантовой механики [Текст: электронный] : учебное пособие для вузов | Санкт-Петербург : Лань, 2022 | e.lanbook.com |
| Л1.3 | Л.Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. под редакцией Л. П. Питаевского | Теоретическая физика. Том 3 : Квантовая механика (нерелятивистская теория) [Текст : электронный]: учебное пособие | Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2021 | e.lanbook.com |
| Л1.4 | П. В. Елютин, В. Д. Кривченков ; под редакцией Н. Н. Боголюбова | Квантовая механика с задачами [Текст: электронный] : учебное пособие | Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2001 | e.lanbook.com |
| Л1.5 | Ю. И. Тюрин, И. П. Чернов, Ю. Ю. Крючков. | Физика. Квантовая физика [Текст: электронный]: учебник | Томск : ТПУ, 2009 | e.lanbook.com |
| Л1.6 | Б. Л. Иоффе, Л. Н. Липатов, В. С. Фадин | Физика элементарных частиц: квантовая хромодинамика в 2 т. Том 1 [Текст: электронный]: учебное пособие для вузов | Москва : Издательство Юрайт, 2023 | urait.ru |
| Л1.7 | Б. Л. Иоффе, Л. Н. Липатов, В. С. Фадин | Физика элементарных частиц: квантовая хромодинамика в 2 т. Том 2 [Текст : электронный]: учебное пособие для вузов | Москва : Издательство Юрайт, 2023 | urait.ru |
| Л1.8 | Г. А. Бордовский, А. С. Кондратьев, А. Чоудери | Физические основы математического моделирования [Текст: электронный]: учебник и практикум для вузов | Москва : Издательство Юрайт, 2022 | urait.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | С. С. Аплеснин. | Элементы квантовой механики в физике твердого тела [Текст : электронный] : учебное пособие | Красноярск : СибГУ им. академика М. Ф. Решетнёва, 2020 | e.lanbook.com |
| Л2.2 | А. Н. Леденёв. | Физика. Книга 5 : Основы квантовой физики [Текст: электронный]: учебное пособие | Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2005 | e.lanbook.com |
| Л2.3 | В. В. Чернушкин, В. Д. Овсянников | Моделирование задач квантовой механики в среде maxima [Текст : электронный] : учебное пособие | Воронеж : ВГУ, 2016 | e.lanbook.com |
| Л2.4 | А. Ш. Агишев, И. П. Шишкина, М. А. Агишева | Основы квантовой механики и ЯМР-спектроскопии [Текст : электронный]: учебное пособие | Казань : КНИТУ, 2013 | e.lanbook.com |
| Л2.5 | И. Г. Попова, А. В. Благин | Физика конденсированного состояния и элементы квантовой механики [Текст: электронный]: учебное пособие | Ростов-на-Дону : Донской ГТУ, 2021 | e.lanbook.com |
| Л2.6 | В. В. Горлач | Физика: квантовая физика. Лабораторный практикум [Текст : электронный]: учебное пособие для вузов | Москва : Издательство Юрайт, 2022 | urait.ru |
| Л2.7 | М. Ю. Доломатов, Р. З. Бахтизин, М. М. Доломатова | Физико-химия наночастиц [Текст: электронный]: учебное пособие для вузов | Москва : Издательство Юрайт, 2023 | urait.ru |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | portal.edu.asu.ru | |||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| OriginLab Origin Pro 8.0 (OriginLab), 2008-2012 г. - бесплатный софт MatLAB 7 (MathWorks), 2010-2012 г. - бесплатный софт MathCAD 14/15 (Parametric Technology Corporation), 2007-2012 гг. - бесплатный софт Mathematica (Wolfram Research, Inc www.wolfram.com.)- бесплатный софт Google SketchUp - бесплатный софт 3DCrafter - бесплатный софт Art of Illusion - бесплатный софт Creo Elements / Direct - ранее CoCreate - бесплатный софтMicrosoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Поисковая система Scopus - http://www.scopus.com/home.url Программа Balls & Sticks - http://www.toycrate.org/bs/index.html Программа Easyspin - http://www.easyspin.org/ Программа Матлаб - www.mathworks.com/ Сайт издателя Elsevier - http://elsevierscience.ru/ Сайт фирмы Брукер - http://www.bruker-biospin.de http://e.lanbook.com. - Электронная библиотечная система «Лань». Электронная библиотека издательства «Лань» – ресурс, включающий в себя как электронные версии книг издательства «Лань», так и коллекции полнотекстовых файлов других российских издательств. После регистрации с компьютера университета – доступ с любого компьютера, подключенного к Интернет; http://www.biblioclub.ru. - «Университетская библиотека ONLINE». Электронно-библиотечная система. Книги, конспекты лекций, энциклопедии и словари, учебники по различным областям научных знаний, материалы по экспресс-подготовке к экзаменам. После регистрации с компьютера университета – доступ с любого компьютера, подключенного к Интернет; http://window.edu.ru. - Информационная система «Единое окно доступа к образовательным ресурсам». Информационная система предоставляет свободный доступ к каталогу образовательных интернет-ресурсов и полнотекстовой электронной учебно-методической библиотеке для общего и профессионального образования. Доступ с любого компьютера, подключенного к Интернет; https://biblio-online.ru - ЭБС Юрайт; https://link.springer.com/search?facet-content-type="ReferenceWork"Электронные справочники и энциклопедии издательства Springer по естественным наукам; | ||||
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| 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, мультимедийное оборудование стационарное или переносное) |
| 419К | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации; | Учебная мебель на 17 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска маркерная - 1 шт.; компьютеры: NAIO Corp Z520, НЭТА - 4 in - 13 ед. |
| Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию законов квантовой физики для широкого спектра задач в различных областях. Для эффективного изучения теоретической части дисциплины «Основы квантовой теории конденсированных сред» необходимо: - построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала; - систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и заданиям; - усвоить содержание ключевых понятий; - плотно работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам. Для эффективного изучения практической части дисциплины «Основы квантовой теории конденсированных сред» рекомендуется: - систематически выполнять подготовку к практическим занятиям и лабораторным работам по предложенным преподавателем тема и методическим указаниям ; - своевременно выполнять практические задания, лабораторные работы. - своевременно и систематически защищать результаты своих экспериментальных исследований. В течение семестра студенты выполняют: - домашние задания (Case-study - анализ конкретных ситуаций, ситуационный анализ), выполнение которых контролируется и обсуждается (групповое обсуждение)на практических занятиях или перед выполнением лабораторных работ (сократический диалог - подразумевающий постановку особых вопросов в процессе беседы, которые способствуют работе мышления, концентрации внимания, адекватной оценке текущей дискуссии и своей в ней роли); - промежуточные задания, во время практических или лабораторных работ (в форме дискуссий, дебатов)для выявления знаний по основным элементам новых разделов теории или методике проведения экспериментальных заданий; - построение "дерева решений" для проведения наиболее эфффективного анализа методики эксперимента, непосредственного выполнения экспериментальных исследований в ходе лабораторных работ; - обсуждают задания практических и лабораторных работ методом "Займи позицию", помогающем выяснить, какой спектр мнений может существовать по обсуждаемому вопросу и предоставляет возможность высказаться каждому, продемонстрировать различные мнения, а затем обосновать свою позицию, найти и выразить самые убедительные аргументы, сравнить их с аргументами других. |