3821
.pdf11
жаются титульным листом с обязательным указанием дисциплины, номера варианта задания и данных аспиранта.
При представлении задач обязательными элементами являются:
–текст задачи;
–используемые термины теории графов или системного анализа;
–необходимые графические изображения или Print Screen использованных формализованных моделей.
В процессе защиты индивидуального задания аспирантам могут быть предложены контрольные вопросы и задачи из соответствующего раздела курса.
Небрежно оформленные и выполненные не по своему варианту индивидуальное задания к защите не принимаются.
Выполнение индивидуальных заданий максимально приближает обучение к практическим интересам с учетом имеющейся информации и является результативным методом закрепления знаний.
Темы творческих заданий для аспирантов совпадают с темой их выпускной работы.
Форма для оформления результата выполнения индивидуального задания.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине «Физика конденсированного состояния»,
Контролируемая тема _________________________________________
_____________________________________________________________
Выполнено аспирантом __________________________________(ФИО), обучающимся в ФГБОУ ВО «ВГЛТУ имени Г.Ф. Морозова» аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния.
Вариант задания №___
Формулировка задания |
Результат с обоснованием |
|
|
|
|
Дата выполнения ______________ |
Подпись_____________ |
12
Пример выполнения индивидуального задания
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине «Физические основы наноинженерии»
Контролируемая тема Физика полупроводников.
Выполнено аспирантом Ивановым Иваном Ивановичем (ФИО), обучающимся в ФГБОУ ВО «ВГЛТУ имени Г.Ф. Морозова» по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, направленность – Физика конденсированного состояния.
Вариант задания №5
Формулировка задания |
Результат с обоснованием |
|
||||
|
|
|||||
Как изменился линейный размер объ- |
Энергия электрона, соответствующая триплету |
|||||
(1,1,1) обратно пропорциональна квадрату ли- |
||||||
екта 0-D, если энергия электрона, со- |
||||||
нейного размера объекта 0-D. Поэтому при уве- |
||||||
ответствующая триплету (1,1,1) в объ- |
||||||
личении |
энергии в 4 раза, |
линейный |
размер |
|||
екте, увеличилась в 4 раза. |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
уменьшается в 2. В результате правильный от- |
|||||
|
вет 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Согласно |
схеме |
энерге- |
||
|
|
тических |
уровней атома |
|||
|
|
водорода, |
минимальная |
|||
|
|
длина |
волны в |
серии |
||
Минимальная длина волны в серии |
|
Бальмера |
соответствует |
|||
Бальмера соответствует переходу… |
|
|||||
|
переходу на уровень n=2 |
|||||
|
|
|||||
|
|
с уровня с главным чис- |
||||
|
|
лом, стремящемся к бес- |
||||
|
конечности. Поэтому в результате верным явля- |
|||||
|
ется ответ 4. |
|
|
|
||
|
|
|||||
|
Согласно схеме энергетических уровней атома |
|||||
Максимальная длина волны в серии |
водорода, максимальная длина волны в серии |
|||||
Лаймана соответствует переходу с уровеня n=2 |
||||||
Лаймана соответствует переходу… |
||||||
на уровень 1. Поэтому в результате верным яв- |
||||||
|
||||||
|
ляется ответ 1. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Определите отношение максимальной |
|
|
|
|
|
|
длины волны в серии Лаймана к ми- |
Согласно спектральной формуле Бальмера это |
|||||
нимальной длине волны в серии Баль- |
отношение равно 1. |
|
|
|
||
мера. |
|
|
|
|
|
|
Свободный электрон в кристалле на- |
По определению основных квантовых структур |
|||||
|
|
|
|
|
||
зывается … |
свободный электрон называется 3-Dквантовым |
|||||
|
объектом. В результате правильный ответ 4. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы примесный полупроводник об- |
Согласно схеме энергетических |
уровней при- |
||||
|
||||||
ладал n-проводимостью, электроны из |
месного |
полупроводника с |
n-проводимостью, |
|||
примесных атомов должны обладать |
||||||
верным |
является ответ W>Wd. |
Поэтому пра- |
||||
уровнем энергии… |
||||||
вильный ответ 1. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
13
Уровень Ферми для полупроводника |
Это полупроводник p-типа, поскольку уровень |
|||
определяется |
выражением |
|||
Ферми находится вблизи потолка валентной зо- |
||||
WF WV kT ln(Na Nv ) . О каком по- |
||||
ны. Следовательно, правильный ответ 2. |
||||
лупроводнике идет речь? |
||||
|
|
|||
Состояние динамического равновесия |
|
|
||
характеризуется |
отсутствием токов |
|
|
|
через полупроводник. Как в этом со- |
|
|
||
стоянии должен изменится коэффици- |
Согласно соотношениям Эйнштейна увеличится |
|||
ент диффузии электронов, если при |
в 2 раза. Правильный ответ 1. |
|||
постоянной подвижности температура |
|
|
||
полупроводника возрастет в 2 раза? |
|
|
||
|
|
|
||
Дата выполнения 15.04.2020 |
Подпись Иванов И.И. |
|||
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ ДОКЛАДОВ (РЕФЕРАТОВ)
По результатам изучения дисциплины аспирант формирует доклад, в котором обосновывает структуру будущей кандидатской диссертации. Темы докладов определяются в соответствии с тематикой научных исследований аспирантов и оформляются согласно требованиям к оформлению научных рефератов.
№ п/п |
Примерные темы: |
|
|
|
|
1 |
Свойства векторов обратной решетки. Дифракция рентгеновских лучей на |
|
кристаллической решетке. Атомный и структурный факторы рассеяния. |
||
|
||
2 |
Движение электрона во внешнем магнитном поле. Плотность состояний. |
|
Уровни Ландау. |
||
|
||
3 |
Электронная теплоемкость. |
|
|
|
|
4 |
Комбинационное и бриллюэновское рассеяние. |
|
5 |
Сканирующая туннельная микроскопия. Атомно-силовая микроскопия. |
|
Мессбауэровская спектроскопия твердых тел. |
||
|
6Контра- и ковариантные композиционные сверхрешетки, легированные сверхрешетки.
7 |
Сильно легированные полупроводники. Прыжковая проводимость. Закон |
|
Мотта. Щель подвижности. |
||
|
||
8 |
Магнитные домены. Магноны. Антиферромагнетизм. |
|
|
|
|
9 |
Электронные пары. Теория Гинзбурга-Ландау. |
|
|
|
|
10 |
Методы определения энергии активации. |
Подготовка докладов направлена на формирование у аспирантов структурного и комплексного представления о исследуемой проблеме, известных методах решений и новизны планируемых результатов. Такой вид контроля позволяет сориентировать аспиранта в информационной базе по выбранной им проблеме и адекватного выбора методик для решения как
14
стандартных задач в рамках достижения поставленной цели, так и принципов проектирования.
Доклад должны отвечать высоким квалификационным требованиям в отношении содержания и оформления.
Текстовая часть работы состоит из введения, основной части и заключения.
Во введении аспирант кратко обосновывает актуальность избранной темы научных исследований, формулирует цель будущей квалификационной работы.
Восновной части подробно обосновывается выбранные методы решения в рамках адекватных физических моделей.
Взаключении кратко должны быть сформулированы планируемые результаты исследования и их новизна по отношению к реализованным способам решения схожих научных проблем.
Всписок литературы аспирант включает только те документы, которые он использовал при написании реферата.
Вприложение (приложения) к докладу могут выноситься таблицы, графики, схемы и другие вспомогательные материалы, на которые имеются ссылки в тексте реферата.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ
КЭКЗАМЕНУ
Впериод подготовки к экзамену аспиранты вновь обращаются к пройденному учебному материалу. При этом они не только закрепляют полученные знания, но и получают новые.
Литература для подготовки к экзамену рекомендуется преподавателем, либо указана в рабочей программе дисциплины. Для полноты учебной информации и ее сравнения лучше использовать как можно больше источников. Аспирант вправе сам придерживаться любой из представленных в учебниках точек зрения по спорной проблеме (в том числе отличной от преподавательской), но при условии достаточной научной аргументации.
Основным источником подготовки к экзамену является конспект лекций, где учебный материал дается в систематизированном виде, основные положения его детализируются, подкрепляются современными фактами и информацией, которые в силу новизны не вошли в опубликованные печатные источники. В ходе подготовки к экзамену аспирантам необходимо обращать внимание не только на уровень запоминания, но и на степень понимания излагаемых проблем.
15
Перечень вопросов к экзамену
1.Определение твердого тела. Кристаллические и аморфные твердые тела, связь с порядком.
2.Электронная конфигурация внешних оболочек атомов.
3.Формирование кристаллической структуры из изолированных атомов.
4.Точечные и пространственные группы симметрии. Базис и кристаллическая структура. Элементарная ячейка. Решетка Браве.
5.Классификация кристаллов по типу симметрии. Связь симметрии кристаллов с симметрией тензоров, описывающих физические свойства кристаллов.
6.Определение обратной решетки. Свойства векторов обратной решетки. Плоскости решетки и индексы Миллера.
7.Дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке. Атомный и структурный факторы рассеяния.
8.Типы связи в твердых телах. Природа сил связи атомов в кристаллической решетке. Ионная связь: энергия связи, постоянная Маделунга.
9.Природа сил отталкивания. Ковалентная связь: обменное взаимодействие, направленность и насыщенность связей.
10.Колебания атомов в решетке твердого тела. Теорема Блоха.
11.Понятие квазиимпульса. Зона Бриллюэна. Обобщение на трехмерный случай.
12.Свободный электрон, электрон в потенциальной яме, потенциальные барьеры. Кристалл, как цепочка потенциальных ям.
13.Электрон в линейной цепочке потенциальных ям. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории.
14.Число возможных состояний для электрона в кристалле с энергией
E>Ec.
15.Распределение Ферми-Дирака и Больцмана для числа электронов в зависимости от уровня энергии. Энергия Ферми и поверхность Ферми.
16.Уравнения динамики кристаллической решетки в гармоническом приближении.
17.Классическая теория теплоемкости твердого тела.
18.Квантовомеханическая задача о гармоническом осцилляторе. Квантование энергии колебаний кристаллической решетки.
19.Распределение Планка. Квантовая теория теплоемкости.
20.Модель Эйнштейна и модель Дебая. Электронная теплоемкость.
21.Ангармонизм колебаний атомов решетки. Тепловое расширение.
22.Взаимодействие фононов.
23.Нормальные процессы и процессы переброса. Теплопроводность. Закон Видемана-Франца. Поправки к закону Дюлонга и Пти.
24.Комплексная диэлектрическая проницаемость. Связь между поглощением и преломлением света. Соотношение Крамерса-Кронига.
16
25.Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой и газовой
фаз.
26.Методы выращивания эпитаксиальных пленок. Эпитаксия из жидкой и газовой фазы, металлоорганическая эпитаксия, молекулярно-лучевая эпитаксия.
27.Методы определения структурного совершенства и химического состава объемных кристаллов и пленок.
28.Электронный парамагнитный резонанс. Спектры ЭПР.
29.Время релаксации. Ядерный магнитный резонанс и ядерный квадрупольный резонанс.
30.Методы исследования структуры твердых тел. Рентгеновская дифрак-
ция.
31.Дифракция электронов. Дифракция нейтронов.
32.Методы исследования поверхности твердых тел. Электронная микроскопия.
33.Статистика носителей заряда в полупроводниках. Электроны и дырки.
34.Полупроводники с прямой и непрямой щелью. Оптическая и термическая активация.
35.Легирование полупроводников. Доноры и акцепторы. Мелкие и глубокие примеси.
36.Поверхностные состояния и поверхностные зоны. Искривление зон у поверхности. Поверхностная рекомбинация. Эффект поля.
37.Размерное квантование. Двумерные, одномерные и нуль-мерные полупроводниковые структуры.
38.Контра- и ковариантные композиционные сверхрешетки, легированные сверхрешетки.
39.Электрические и гальваномагнитные явления в двумерных структурах. Квантовый эффект Холла.
40.Неупорядоченные среды. Ближний и дальний порядок. Сильно легированные полупроводники.
41.Прыжковая проводимость. Закон Мотта. Щель подвижности.
42.Магнитные свойства веществ. Диамагнетизм и парамагнетизм. Гиромагнитное отношение.
43.Закон Кюри и закон Кюри-Вейсса.
44.Парамагнетизм Паули и диамагнетизм Ландау.
45.Понятие об обменном взаимодействии. Обменный интеграл. Ферромагнетизм.
46.Эффект Мейсснера. Сверхпроводники 1-го и 2-го рода.
47.Вихри Абрикосова. Критический ток.
48.Туннельные эффекты в сверхпроводниках.
49.Эффект Джозефсона. Принцип действия СКВИДов.
50.Основные идеи теории Бардина-Купера-Шриффера. Электронные пары. Теория Гинзбурга-Ландау.
17
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Изучение дисциплины следует начинать с проработки данных методических указаний по самостоятельной работе, особое внимание уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.
Аспирантам рекомендуется получить в библиотеке ВГЛТУ учебную литературу по дисциплине, необходимую для эффективной работы на всех видах аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы по изучению дисциплины.
Успешное освоение курса предполагает активное, творческое участие аспиранта путем планомерной, повседневной работы.
Библиографический список
Основная литература
1. Байков, Ю. А. Физика конденсированного состояния : учебное пособие / Ю. А. Байков, В. М. Кузнецов. — 3-е изд. (эл.). — Москва : Лаборатория знаний, 2015. — 296 с. — ISBN 978-5-9963-2960-1. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/70766. — Режим доступа: для авториз. пользовате-
лей.
Дополнительная литература
1. Брандт, Н. Б. Квазичастицы в физике конденсированного состояния : учебное пособие / Н. Б. Брандт, В. А. Кульбачинский. — 3-е изд. — Москва :
ФИЗМАТЛИТ, 2010. — 632 с. — ISBN 978-5-9221-1209-3. — Текст : элек-
тронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/59598. — Режим доступа: для авториз. пользовате-
лей.
2.Ландау, Л. Д. Теоретическая физика: учебное пособие / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. — 4-е изд., стер. — Москва : ФИЗМАТЛИТ, [б. г.]. — Том 9 : Статистическая физика. Ч. 2. Теория конденсированного состояния — 2004.
—496 с. — ISBN 5-9221-0296-6. — Текст : электронный // Лань : электронно-
библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/2235 (дата обра-
щения: 04.10.2020). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
3.Морозов, А. И. Элементы современной физики твердого тела: Учебное пособие/ А.И. Морозов - Долгопрудный: Интеллект, 2015. - 216 с. ISBN
978-5-91559-191-1. - Текст: электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/518200. – Режим доступа: по подписке.
4. Конденсированные среды и межфазные границы: Научный журнал
18
http://www.kcmf.vsu.ru
5.Журнал "Физика твердого тела" http://www.ioffe.rssi.ru/journals/ftt/
6.Физика древесины [Текст]: учебное пособие / И. П. Бирюкова, В.В.
Саушкин; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».– Воронеж,
2018. - 110 с.
Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»
Для освоения дисциплины необходимы следующие ресурсы информа- ционно-телекоммуникационной сети «Интернет»:
1.Основная литература http://e.lanbook.com/
2.Электронная библиотечная система (ЭБС) http://znanium.com/
3.Единое окно доступа к образовательным ресурсам http://window.edu.ru/
4.Свободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/
5.Словари, определения http://dic.academic.ru/
6.Электронный ресурс библиотеки ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» http://www.vglta.vrn.ru/BiblSite/elib.htm
Перечень профессиональных баз данных и информационных справочных систем
Для освоения дисциплины необходимы следующие профессиональные базы данных и информационно справочные системы:
1.Электронный каталог Российской государственной библиотеки им.
Ленина – http://aleph.rsl.ru/F/?func=file&file_name=find-a
2.Электронный каталог Государственной публичной научно-техниче- ской библиотеки России – http://library.gpntb.ru/cgi/irbis64r/62/cgiirbis_64.exe?C21COM=F&I21DBN=IBI S&P21DBN=IBIS&Z21ID=
3.Web of Science – реферативная аналитичекая и цитатная база данных журнальных статей.
4. PhysNet – Physics Departments and Documents
Worldwide (www.physnet.de) – информация о научных конференциях и журналах, о публикациях в области физики, о физических институтах и факультетах университетов, и (в разделе Links) ссылки на другие указатели в области физики и смежных дисциплин.
5.Atomic Physics on the Internet (plasma-gate.weizmann.ac.il) – каталог серверов по атомной физике по всему миру; сайт предлагает свободный доступ к препринтам статей по физике с 1994 г., а также к книгам по различным разделам физики.
6.Патенты России:
http://www1.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ru/ru/inform_resources/inform_retr ieval_system/
19
Учебное издание
Н.Ю. Евсикова, Н.Н. Матвеев, Н.С. Камалова, В.В. Саушкин
Физика конденсированного состояния
Методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия направленность – Физика конденсированного состояния
Электронный ресурс