Topic outline

  • Фізика твердого тіла

    Метою навчальної дисципліни «Фізика твердого тіла» є засвоєння студентами знань з основних розділів науки про твердий стан речовини, що включає в себе основні поняття та результати фізики твердого тіла, методи теоретичного та експериментального дослідження атомної та електронної структури твердих тіл, концепцію квазічастинок та квантові закономірності руху носіїв заряду, основні типи міжчастинкових взаємодій у твердих тілах, дефекти кристалічної будови, механічні, електричні, оптичні та магнітні властивості твердих тіл, основні уявлення про їх надпровідний стан. Курс сприяє формуванню наукового світогляду, розвитку загальних когнітивних та комунікативних навичок, логічного і аналітичного мислення майбутніх науковців і викладачів у галузі фізики.

  • Модуль 2

    Тема 9. Пружні хвилі в одновимірному одноатомному кристалі, випадок такого ж кристалу з базисом. Фононна модель теплових коливань, температура Дебая. Теплове розширення, теплопровідність та теплоємність твердих тіл, квантово-механічне пояснення поведінки теплоємності за низьких температур (моделі Ейнштейна та Дебая), причини її відхилення від передбачень класичної теорії теплоємності. Фонони як квазічастинки.

    Тема 10. Бозони і ферміони та їх статистики; хімічний потенціал. Розподіл Фермі–Дірака та вироджений і невироджений електронний газ, рівень та поверхня Фермі (методи її експериментального дослідження), температурний зсув хімічного потенціалу. Густина електронних станів та розрахунок середніх значень фізичних величин, що залежать від енергії електронів в твердому тілі, особливості Ван-Хове.

    Тема 11. Енергетичні зони в кристалах (метали, напівпровідники, діелектрики; електрони і дірки, роль домішок). Основні наближення (адіабатичне наближення, періодичні граничні умови, теорема Блоха) та методи розрахунку електронної структури кристалів (методи слабкого та сильного зв’язку, метод комірок, ортоганалізовані плоскі хвилі, псевдопотенціал).

    Тема 12. Експериментальні методи прямого спостереження енергетичних спектрів електронів (фотоелектронна спектроскопія з кутовим розділенням (ARPES), позитронна спектроскопія (ACAR), резонансне непружне рентгенівське розсіювання (RIXS)). Спільні риси квазічастинкових збуджень в кристалах: електрони, фонони, екситони, магнони та ін.

    Тема 13. Кінетичне рівняння, час релаксації, рухливість носіїв заряду. Квантова теорія електропровідності металів, причини виникнення електричного опору, залишковий електроопір. Кінетичні коефіцієнти (електронна теплопровідність, термоелектричні явища, ефект Холла, магнетоопір).

    Тема 14. Оптичні властивості твердих тіл (дисперсія і поглинання, поглинання ґратницею, міжзонні переходи, скін-ефект). Магнітна проникність середовища, діамагнетики, парамагнетики, феромагнетики, криві намагнічуваності, явище гістерезису.

    Тема 15. Надпровідність (надпровідники І і ІІ роду, критичне магнітне поле та критичний струм, основи теорії БКШ, куперівські пари). Сильно взаємодіючі електрони (колективні ефекти в магнетизмі та надпровідності).