Лекционный комплекс и Методические рекомендации по изучению дисциплины а основные понятия и термины по Курсу (стр. 1 из 8)
2 Лекционный комплекс и Методические рекомендации по изучению дисциплины
А) Основные понятия и термины по Курсу
Кристаллографическая система – система координат, которыми определяются элементарная ячейка. Элементарная ячейка – ячейка, в которой находится один или несколько атомов. Осевая симметрия – симметрия относительно прямой
го порядка. Зонная теория – теория построенная на образовании зон, при расщеплении уровней электронов. Контактные явления – явления, возникающие на разделе металл-металл, полупроводник-металл, полупроводник - полупроводник.Б) Тезисы лекций, задания к занятиям
На каждый лекционный час приходится один час практических задач и по два часа занятий СРСП и СРС
Лекции:
| Лекции | Наименование изучаемых вопросов | К-во часов | Распределение по неделям | Литература | Примечание | |
| 1 кредит Зонная теория вещества | ||||||
| 1 | Вводная лекция | 1 | 1 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 2 | Основные положения | 1 | 2 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 3 | Модель свободных электронов | 1 | 3 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 4 | Энергия Ферми и химический потенциал в газах | 1 | 4 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 5 | Поверхности Ферми | 1 | 5 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 6 | Модель сильно связанных электронов | 1 | 6 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 7 | Закон дисперсии электрона в кристалле | 1 | 7 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 8 | Следствия, вытекающие из зонной структуры | |||||
| 2 кредит Свойства твердых тел | ||||||
| 9 | Магнитные свойства вещества. | 1 | 9 | [1-6] ДЛ | ||
| 10 | Диамагнетизм. Парамагнетизм | [1-10) | ||||
| 11 | Ферромагнетизм, ферриты | 1 | 10 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 12 | Сверхпроводимость | 1 | 11 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 13 | Свойства аморфных материалов и твердофазных систем с пониженной размерностью и их роль в ФТТ. | 1 | 12 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 14 | Экспериментальные методы определения электронного энергетического спектра в твердых телах. ЯМР | 1 | 13 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| 15 | Наноструктуры | 1 | 14 | [1-6] ДЛ [1-10) | ||
| ИТОГО | 15 | 15 | ||||
1 кредит
Зонная теория вещества
Занятие 1
Тема лекции: Вводная лекция.
Цель лекции: Определить цели и задачи курса
Вопросы к лекции:
1 Цели и задачи курса
2 Учебники и учебные пособия
3 Основные понятия. Различие твердых тел по проводимости.
Тезисы лекционного занятия:
При рассмотрении зонной теории мы будем опираться на квантовомеханические представления и понятия, взятые из кристаллофизики, при рассмотрении электронного газа в металлах на понятия электродинамики, термодинамики и статистической физики и т.д.
Твердые тела по электропроводности электрического тока разделяются на три основные класса: металлы, диэлектрики (или изоляторы) и полупроводники. Если в основу положить величину удельной электрической проводимости
, то при комнатной температуре она имеет значение в следующих пределах:Металлы . . . . . . . . . . . . . 106 –104 См/см
Полупроводники. . . . . . 103 - 1 0-9 См/см
Диэлектрики. . . . . . . . . . .10-10 – 10-22 См/см
Современные представления о проводимости металлов и полупроводников во многом описываются классической теорией проводимости, основанной в 1900 г. Друде и получившая дальнейшее развитие в трудах Друде и Лоренца. Зоммерфельд в нес в эту теорию принципы квантовой статистики. Дальнейший прогресс теории электропроводности основывался на квантомеханической теории твердого тела. Однако во многом подход Друде и Лоренца до сих пор является актуальным.
В своей теории они исходили из понятия идеального электронного газа, со следующими основными свойствами. Металл состоит из кристаллической решетки, в узлах которой находятся ионизированные атомы, которые совершают тепловые колебания вокруг положения равновесия.
Электроны переходят в свободное состояние из валентных оболочек атомов металла, а ионы образуют наиболее энергетически выгодную кристаллическую решетку, причем концентрация свободных электронов
в металлах оказывается весьма большой (число атомов 
в единице объема равно 1023см-3).Многие механические, тепловые и некоторые электрооптические свойства твердых тел связаны с колебаниями решетки. Классическая, а затем квантовая теория Дебая положила начало современной теории твердого тела.
Большая роль в развитии ФТТ принадлежит Максу Борну, которым написано 157 статей и работ, 21 книга. Один из основополагающих учебников это его «Теория твердого тела», вышедшая в СССР (перевод) в 1938 году.
задания для самоконтроля:
1) Различные свойства тел по проводимости
2) Влияние температуры на проводимость
3) Разделение на кристаллические и аморфные тела
4) Теория Друде-Лоренца
5) Релаксационные процессы
Литература: [1-12], ДЛ [1-12]
Занятие 2
Тема лекции: Основные положения зонной теории
Цель лекции: Связать зонную терияю с квантовой механикой
Вопросы к лекции:
1 Основные положения
2 Основные положения квантовой механики, лежащие в основе зонной теории
Тезисы лекционного занятия:
Современная физика имеет дело с ансамблями частиц, то есть совокупностью большого числа частиц, как правило, взаимодействующих между собой. Сюда относятся, прежде всего, все системы, которыми занимается физика конденсированного состояния вещества: твердые тела, жидкости, жидкие кристаллы, полимеры, биополимеры и т. д. Сюда же относятся задачи газовой динамики и физики плазмы. По существу, все макроскопические объекты, которыми занимается современная физика, представляют собой ансамбли взаимодействующих частиц. Свойства этих систем определяются свойствами составляющих их частиц и силами взаимодействия между ними, которые определяют целый ряд кооперативных явлений, характерных для ансамбля частиц, как целого.
Поскольку частицы являются микроскопическими объектами, из квантово-механического дуализма следует, что образованные ими вещества представляют собой синтез непрерывного и дискретного. Это особенно ярко проявляется при рассмотрении веществ в конденсированном состоянии. Одним из наиболее интересных объектов такого типа в настоящее время являются двумерные электронные системы, исследование которых в сильных магнитных полях при низких температурах привело к открытию ферми-жидкости частиц с дробным зарядом. Эти работы в 1998 году были удостоены Нобелевской премии.
Нобелевская премия 2000-ого года также присуждена за исследование электронных свойств гетеропереходов и создание на их основе элементов современной компьютерной техники.
Рассмотрим поведение ансамбля электронов в кристаллической решетке и покажем, что взаимодействие электронов с решеткой приводит к появлению ряда принципиально новых явлений и понятий, которые в газе свободных электронов отсутствуют (квазичастица, эффективная масса, энергетическая щель и др.).
Электронная теория кристаллов обычно рассматривается как одна из специальных областей физики твердого тела.
Это очень широкая область, так как она относится к самым различным по своим свойствам материалам: металлам, полупроводникам, диэлектрикам.
Монохроматическая волна де Бройля (1.1), соответствующая какой-либо частице с определенными значениями энергии и импульса, описывает одинаковую вероятность нахождения частицы в любом месте пространства. Монохроматическая волна не может охарактеризовать движение частицы (например, ее скорость). Чтобы связать параметр движения - скорость и волновые характеристики частицы - нужно рассмотреть не строго монохроматическую волну, а группу волн - волновой пакет.
Соотношения неопределенностей устанавливает пределы, за которыми принципы классической физики становятся неприменимыми.
Описывая реальную систему классическими методами и параметрами (координата и импульс), мы используем некоторое приближение, а соотношение неопределенности показывает степень его справедливости. Это означает, что поведение микрочастиц, в частности, электронов в металлах, нельзя рассматривать на основе классических законов, когда характерные размеры (межатомное расстояние и размеры кристалла) сравнимы с длиной волны де Бройля
электронов. Реальные микрочастицы не ведут себя подобно точечным частицам классической физики. Классическое описание движения микрочастиц с использованием понятий: закон движения, траектория движения, является лишь приближенным.