Конденсированное состояние вещества:от структурных единиц до живой материи

Структура курса

1. Введение. Понятие об элементарных частицах. корпускулярно-волновой дуализм, статистика частиц. Конденсированное состояние вещества, структурные единицы вещества, как ансамбля частиц. Электронные состояния в атоме водорода, многоэлектронные атомы.
2. Взаимодействие атомов и молекул. Основные типы химической связи (ковалентная, координационная, ионная и металлическая связь, обменное взаимодействие). Метод молекулярных орбиталей определения электронных состояний в молекулах. Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали -, -, и -типа. Многоцентровые и сопряженные квантовые связи. Метод валентных связей, гибридизация атомных орбиталей. Химическая связь и пространственная структура молекул. Химическая связь в комплексных соединениях. Нековалентные взаимодействия: ван-дер Ваальсовское взаимодействие (дисперсионное, индуцированное и ориентационное), водородная связь, гидрофобное взаимодействие.
3. Кристаллическая решетка. Элементы симметрии, решетки Браве (плотность упаковки, координационное число, координационный полиэдр), обратные решетки.
4. Кристаллическая структура веществ. Кристаллы с ковалентной связью, ионные, металлические и молекулярные кристаллы. Сплавы (эвтектические, твердые растворы, интерметаллические соединения). Природные кристаллические структуры: минералы, кремнезем и силикаты.
5. Нетрадиционные упорядоченные структуры. Квазикристаллы, кластерные структуры: кластеры, дендриты (теория фракталов), углеродные наночастицы, фуллерены. Ридберговское вещество.
6. Концепция элементарных возбуждений и квазичастиц. Основное состояние, низкоэнергетические возбуждения: условия существования, типы и особенности квазичастиц.
7. Элементарные возбуждения в кристаллах. Фононы. Акустические и оптические фононы. Закон дисперсии, поверхности постоянной частоты, спектральная плотность, температура Дебая. Теплоемкость (модели Дебая и Эйнштейна), теплопроводность кристаллических решеток.
8. Электроны в металлах. Коллективизированные электроны как Ферми-жидкость. Элементарные возбуждения в Ферми-жидкости: фермиевские электроны, "частицы" и "античастицы". Модель почти свободных электронов. Химический потенциал, энергия и поверхность Ферми. Модель сильно связанных электронов. Электропроводность, электронная теплоемкость и теплопроводность. Полупроводники. Электроны и дырки.
9. Сверхпроводимость. Классификация и основные свойства и параметры сверхпроводников. Природа сверхпроводимости. Модель Вайскопфа. Теория Бардина-Купера-Шриффера. Элементарные возбуждения в сверхпроводниках ("плюсоны" и "минусоны"). Высокотемпературные сверхпроводники. Сверхпроводящий ток. Теплоемкость и теплопроводность.
10. На стыке физики металлов и магнетизма. Системы с тяжелыми фермионами. Гигантское увеличение плотности электронных состояний. РККИ и Кондо взаимодействия. Концентрированные Кондо-системы и Кондо-решетки. Резонанс Абрикосова-Сула. Основные свойства и сверхпроводимость.
11. На стыке физики, химии, биологи. Связь неживой и живой материи. Комплексные соединения, супрамолекулярные системы: клатраты, краун-эфиры, структуры без связи.
12. Непериодические структуры: системы, сочетающие порядок и беспорядок, и неупорядоченные аморфные вещества. Переход от упорядоченных периодических структур к неупорядоченным. Изменения электронного и фононного спектров. Особенности теоретического описания неупорядоченных систем. Системы, сочетающие порядок и беспорядок: жидкие кристаллы, суперионные проводники, твердые растворы, сильнолегированные полупроводники. Неупорядоченные вещества: аморфные металлы, сплавы и полупроводники; стекла, жидкие металлы и сплавы, классические жидкости, аномальные свойства воды.
13. Биополимеры и живая материя. Химические и нековалентные взаимодействия в биологических структурах: белках, нуклеиновых кислотах, полисахаридах. Гидрофобные силы в клеточной мембране. Полимерная модель живой материи: агрегатные состояния полимеров, структура биополимеров, денатурация и глобулизация белков. Биологические комплексные соединения: краун-эфиры, металлопорфирины (витамин В12, гем и гемоглобин). Конформационная динамика.
14. Активные среды. Автоволновые процессы. Живая материя, как активная среда. Основные энергетические состояния активных сред. Автоволны и их свойства. Автоколебательные процессы в химии и физике. Автоволновой механизм распространения нервных импульсов и свертывания крови. Автоволны в сердечной мышце и мозге. Фибрилляция сердца и эпилепсия, как примеры нарушения автоволнового режима работы сердца и мозга (возникновение спиральных волн).

<<На страницу спецкурсов

 01.11.2010