Курси за вибором

Лабораторний практикум до курсу "Фізичні методи дослідження матеріалів"

Керівник: Олександр Кордюк

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.

​Основи квантової електроніки

Мета викладання навчальної дисципліни

      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.

Даний 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.

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.

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.

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.   

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.

Знати: ефективно використовувати на практиці теоретичні компоненти науки: поняття, судження, умовиводи, закони; уявляти панораму універсальних методів і законів сучасного природознавства; працювати на сучасному експериментальному обладнанні; абстрагуватися від несуттєвих впливів при моделюванні реальних фізичних ситуацій; планувати оптимальне проведення експериментів; ознайомитися з основними напрямками наукової діяльності підрозділів Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України в області наноструктурних досліджень та створювати презентаційні матеріали і робити доповіді на семінарах.

Вміти: планувати і ставити фізичний експеримент та обробляти його результати; володіти навичками самостійної роботи в лабораторії на сучасному експериментальному обладнанні та методами математичного моделювання фізичних задач; якісно доповідати результати на високому науковому та методичному рівнях.

Знати: сучасні уявлення про пріоритети дослідження та використання космічного простору; основні ідеї та методи щодо одержання матеріалів в орбітальних умовах; фізичні основи процесів твердіння, спрямованої кристалізації, тепломасопереносу у рідинах та сумішах, гідродинаміки та поверхневих явищ в умовах невагомості (мікрогравітації); сучасні методи та засоби дослідження процесів, що відбуваються внаслідок зміни сили тяжіння в широких межах.

Вміти: аналізувати перебіг багатофакторних процесів одержання матеріалів та визначати суттєві змінні, що визначають відносний  вплив фізико-хімічних властивостей матеріалу та процесу його оброблення; обирати релевантні моделі опису процесів за умов зміненої сили тяжіння; застосовувати новітні ідеї, що їх запропоновано у проведених раніше космічних експериментах, для розширення меж застосування відомих методів та технологій; самостійно вивчати та аналізувати сучасну наукову та методичну літературу з космічного матеріалознавства та космічних досліджень.