Знати: сучасні уявлення про атомарно-електронну будову функціональних матеріалів, основні поняття електронної спектроскопії твердого тіла, основні терміни та їх визначення, основи математичного забезпечення досліджень, властивості та області застосування експериментальних методів, фізичні принципи процесів, що відбуваються у твердому тілі при взаємодії з рентгенівським випроміненням, класифікацію електронних та рентгенівських спектрів твердих тіл, фізичні принципи енергоаналізу електронів та класифікацію методів діагностики поверхні твердих тіл, основні методи досліджень, що використовуються в електронній спектроскопії, зокрема, рентгенівська фотоелектронна спектроскопія, ультрафіолетова фотоелектронна спектроскопія, рентгенівська емісійна спектроскопія, Оже-електронна спектроскопія, EXAFS-спектроскопія, XANES-спектроскопія, тунельна спектроскопія.

Вміти: вибирати моделі опису, розробляти основи нових і розширювати межі застосовності наявних методів кількісного дослідження електронних станів матеріалів, самостійно працювати з апаратурою та програмним забезпеченням наукових досліджень, вибирати оптимальні для проведення досліджень експериментальні методи та засоби обчислювальної техніки на основі порівняльного аналізу та функціональних і експлуатаційних характеристик; самостійно отримувати та аналізувати спектри поглинання, пропускання і відбивання досліджуваних об’єктів.

Огляд сучасних проблем фізичного матеріалознавства, моделей процесів і явищ в матеріалах, методів дослідження і оцінки властивостей матеріалів. Розглядається кореляція між кристалічною структурою та її дефектами і властивостями твердих тіл, теорія дифузії, фазові діаграми, матеріали з пам'яттю форми. Серед методів, детально обговорюється ефект Месбауера та рентгенодифракційні методи дослідження структури матеріалів.

Сучасні уявлення про атомну і електронну будову наноструктур, новітні відкриття в області природознавства і сучасні проблеми фізики; методи отримання вільних кластерів, графену, фулеренів, вуглецевих нанотрубок, наночастинок, формування кластерних систем і способів їх компактування, принципи формування тонкоплівкових структур; особливості атомної і електронної будови кластерів, наночастинок і каркасних наноструктур, кластерні моделі, властивості кластерів і наночастинок; фізичну природу явищ і ефектів в кластерах, наночастинках і каркасних структурах, фізичні фактори, які є специфічними для кластерів і малих частинок.

Про визначну роль поверхні і поверхневих потенціальних бар’єрів для роботи електронних приладів і перетворювачів різних  видів електромагнітної енергії в електричну; особливості атомної будови поверхні і границь розділу, формування потенціальних бар’єрів, вплив на електронні явища і процеси, та емісійно-адсорбційні властивості в металах і напівпровідниках; природу адсорбційних сил, основні положення теорій фізичної і хімічної адсорбції та роль адсорбції в гетерогенному каталізі; закономірності фото-, термо- і автоелектронної емісії.

Курс складається із стислого огляду-класифікації сучасних методів дослідження матеріалів під впливом зовнішніх чинників: температури, тиску, механічного навантаження, магнітних та електричних полів та різних видів опромінення – різноманітні спектроскопічні методи. Більш детально, на прикладах європейських експериментальних інфраструктур, розглянуто способи реалізації високих магнітних полів та їх застосування, синхротронні експерименти та метод фотоелектронної спектроскопії, дифракційні методи
та методи тунельної електронної спектроскопії.

Метою курсу є знайомство студентів із сучасними дослідженнями електронної структури і властивостей низьковимірних систем: квазі-двовимірних і одновимірних кристалів, поверхонь та інтерфейсів, кластерів. Починаючи з огляду можливостей сучасних експериментальних методів (таких як фотоелектронна спектроскопія з кутовим розділенням, тунельна Фур'є-спектроскопія, непружне розсіяння нейтронів, та інш.) з візуалізації електронної структури низьковимірних кристалів, викладаються основи і сучасні підходи до вивчення електронних властивостей конденсованих систем, а також їх конкретні застосування при дослідженні проблем високотемпературної надпровідності, магнітного, зарядового та орбітального впорядкування, поверхневих топологічних станів тощо.

Сучасні уявлення про роль електрон-електронної взаємодії у формуванні фізичних властивостей систем з вузькими енергетичними зонами та зв’язок електронної структури сильно корельованих систем (СКС) з ефектами локалізації та делокалізації носіїв заряду та спіну, про їхні рівноважні властивості та причини і закономірності фазових перетворень в СКС, про сучасні експериментальні та теоретичні методи дослідження електронних структури та властивостей функціональних матеріалах на основі СКС.

Електродинаміка надпровідників базується на т.з. «дворідинній моделі», яка враховує співіснування в обємі надпровідника «нормальної» та надплинної електронної рідини, яка є   «квантово-корельваним» конденсатом електронів, що рухається згідно законів квантової механіки. В курсі розглядаються лінійна та нелінійна електродинаміка надпровідників на постійному та змінному струмі, а також ефекти макроскопічної квантової когерентності, що виникають у надпровідному стані , зокрема – ефект Джозефсона і його застосування в сучасній електроніці.   


Метою викладення дисципліни “Квантова електроніка” є вивчення фізики лазерів та лазерних технологій. Використання лазерів в  науці та техніці, зокрема, в системах запису, переробки, кодування та розпізнавання, передачі інформації, в системах дистанційного керування, в медицині  та  обробці матеріалів. Курс передбачає вивчення основних принципів та понятійного апарату квантової електроніки та базується на дисциплінах - оптика, спектроскопія  та фізика твердого тіла.

Завдання навчальної дисципліни

  • Пояснити студентам  фізичні основи  лазерів та основні принципи їх функціонування;
  • Знати класифікації лазерів по типу активної речовини, способу збудження та спектральному діапазону випромінювання і енергетики;
  • Розуміти основи функціонування  стійких та нестійких резонаторів;
  • Оволодіти основними практичними способами аналізу роботи лазера для визначення потужності накачки, порогових умов генерації;
  • Знати основні характеристики лазерного випромінювання, які відповідальні за різноманітне використання лазерів в науці та практиці;
  • Знати основи функціонування поширених типів лазерів та їх параметрів.

Вступ у квантові технології, що сьогодні так стрімко розвиваються, побудовано на прикладі вивчення квантового транспорту в надпровідниках та приладів на його основі - від надпровідного квантового інтерферометра (SQUID) до надпровідних квантових комп'ютерів. Буде розглянуто такі теми: слабка надпровідність та ефекти Джозефсона, типи та властивості джозефсонівських контактів, елементи надпровідної електроніки, надпровідні кубіти та надпровідні квантові комп'ютери, електронна структура, топологія поверхні Фермі та особливості параметру порядку новітніх надпровідників, низьковимірні електронні системи, топологічні ізолятори та надпровідність... Наразі курс розглядається як факультативний та розрахований як на студентів так і співробітників Центру квантових матеріалів та квантових технологій КАУ.   

Знати: фізику взаємодії випромінення з речовиною як основу сучасних технологій створення і діагностики нових матеріалів у тому числі фізичні основи сучасних методів дифрактометрії функціональних матеріалів та виробів нанотехнологій, а також методів медичної діагностики і методів вивчення атомно-молекулярної структури біоматеріалів з використанням сучасної експериментальної бази, що включає джерела нового покоління синхротронного випромінення, електронів і нейтронів.

Вміти: створювати основи нових методів діагностики дефектної структури з урахуванням розвитку експериментальної бази і нових потреб нанотехнологій, а також розширювати функціональні можливості методів, що вже існують, та використовувати їх для діагностики характеристик структури матеріалів, що створюються, з ускладненою комбінованою надструктурою, макродеформаціями та мікродефектами.

Огляд основних методів приготування мезоскопічних зразків; як впливає розмір системи на властивості матеріалів; основні методи і можливості дослідження мезоскопічних матеріалів; основні фізичні, математичні та хімічні положення, що є основою алгоритмів моделювання матеріалів. Студенти навчаються одержувати фізичні характеристики мікрооб’єктів в різних зовнішніх умовах – температурі, тиску; враховувати особливості використання граничних умов, різних типів потенціалів взаємодії при розрахунках методом молекулярної динаміки.

Метою курса є з одного боку поглибнення знань з фізики твердого тіла і матеріалознавства, а з іншого  -  розвиток навичок застосування математичних методів моделювання властивостей різноманітних матеріалів. Як приклади  розглядаються менш традиційні теми фізики конденсованого стану, які стосуються процесів у діелектриках, сегнетоелектриках, органічних та неорганічних напівпровідниках, металах та надпровідниках. Всі розрахунки в лекціях проводяться наочно (на дошці), за необхідності із залученням графічних матеріалів, пов'язаних з відповідними експериментами. Матеріали курсу базуються на класичних джерелах, а також, значною мірою, на оригінальних дослідженнях. Після лекцій додаються презентаційні матеріали  англійською, засновані на аналогічному курсі, який автор викладав протягом багатьох років в Інституті Матеріалознавства Технічного Університету Дармштадта у Німеччині.

Метою курсу «Комп’ютерне моделювання електронних властивостей матеріалів» є опанування студентами сучасних навичок розрахунку електронної структури речовини; базові знання теорії функціоналу густини, що є основою для таких розрахунків; навички користування програмами для розрахунків із перших принципів на прикладі пакету Quantum Espresso; вміння користуватися графічним пакетом gnuplot для побудови графіків зонної структури, густини електронних станів, «товстих зон», фононних спектрів.


Курс передбачає вивчення методів "класичного" машинного навчання.

Cеместровий вступний курс із цифрового проектування на основі FPGA має на меті надати студентам повне розуміння цифрових систем і принципів проектування на основі FPGA. Курс охоплюватиме основи проектування цифрової логіки, включаючи комбінаційну та послідовну логіку, а також більш складні теми, такі як кінцеві автомати та конвеєри. Курс також охоплюватиме принципи архітектури FPGA та програмування з використанням мов опису обладнання (HDL) SystemVerilog. Студенти отримають практичний досвід проектування на основі FPGA через практичні лабораторні заняття з використанням плат розробки FPGA.