Современные аспекты физики твердого тела
Программу составил академик РАН, профессор, д.ф.-м.н. Ю.А.Осипьян
Аннотация
В курсе рассмотрены современные аспекты физики твёрдого тела, последние открытия, наиболее важные и интересные эксперименты последних лет и перспективы развития современных направлений.
ПРОГРАММА КУРСА
1. Введение. Энергия твердых тел. Основы квантовой теории. Атом водорода, физический смысл квантовых чисел. Спектроскопическая маркировка состояний. Вырождение. Принцип Паули. Ион Li+2, ион Li+1, атом лития.
2. Химическая связь. Гетерополярная и гомеополярная связь. Потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность. Учет отталкивания в гетерополярной молекуле. Квантовохимический расчет гомеополярной молекулы. Расчет молекулы водорода, теория Гайтлера и Лондона. Кулоновский и обменный интегралы. Учет поправок. Расчет Джеймса и Кулиджа. Учет принципа Паули. Валентность, насыщаемость и направленность связи. S,-p, d, - волновые функции. Стереометрия молекул. Гибридизация. Кратные связи.
3. Хим. связь в твердых телах и их электронная зонная структура (однокомпонентные структуры). Инертные элементы (8 гр), галогены, шестая группа, кратные связи - 02, N2, 4-я группа - алмаз, Si, Ge.
Зонная структура, подвижность электронов, кинетическая энергия Ферми. Ферми уровень. Эффективная масса электронов, плотность состояний.
4. Кристаллическая структура металлов. Спектроскопия мягких рентгеновых лучей. Заполнение зон. Распределение Ферми, температура Ферми.
Электроны в периодическом поле. Двумерная зона Бриллюэна, трехмерная зона Бриллюэна и Ферми поверхность. Заполнение зон.
5. Кристаллическая структура многокомпонентных структур. Твердые растворы (замещения, внедрения, вычитания), промежуточные фазы. Неограниченная и ограниченная растворимость. Энергия твердого раствора, энтропия и энергия смещения. Упорядочение и распад твердых растворов, ближний и дальний порядок, антифазные домены. Типы упорядоченных структур: Fe-А1, Cu-Au, Fe3Al, Сuз Au.
6. Промежуточные фазы, электронные соединения (фазы Юм-Розери). Ионные и ковалентные соединения, никель-арсенидные структуры. Фазы внедрения, фазы Лавеса.
7. Диаграммы, состояния двойных систем. Правила фаз (Гиббса). Диаграммы: с эвтектикой, с неограниченной растворимостью. Ограниченная растворимость, комбинации при наличии хим. соединений. Перитектическая реакция и диаграмма с перитектикой, Неконгруэнтное плавление.
8. Аллотропические превращения в твердом состоянии. Превращение твердого раствора, частичный и полный распад твердого раствора. Эвтектоидный распад.
9. Диаграмма состояния железо-углерод. Чугуны и стали. Медь и ее сплавы. Системы Си - Zn (латуни)
10. Диаграмма тройных систем, псепдобинарные разрезы.
11. Фазовые равновесия. Кинетика фазовых переходов. Конденсация и кристаллизация. Критический зародыш, вычисление критического объема. Рост из паров. Рост при химических реакциях. Превращения к твердом состоянии. Бездиффузные (мартененситные) превращения.
12. Структурно чувствительные и структурно нечувствительные свойства. Электросопротивление, намагниченность. Пластическая деформация, дефекты кристаллов, дислокации - их движение и размножение.
13. Современные аспекты физики дислокаций.
14. Новые материалы (фуллерены, высокотемпературные сверхпроводники).
15. Перспективы развития физики полупроводников.
16. Перспективы развития физики металлов.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Ч.Уэрт. Р.Томсон Физика твердого тела. М., Мир 1969
2. Я.С.Уманский. и др. Физическое металловедение. М., Наука 1955
3. Г.С.Жданов Физика твердого тела, Москва, МГУ, 1962
