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 1

    Тема 1. Рівняння Шредінгера, чистий стан, принцип невизначеності Гейзенберга, елементарна частинка, як хвильовий пакет, корпускулярно-хвильовий дуалізм, хвиля де Бройля, різниця в енергетичних спектрах квантово-механічної частинки за інфінітного та фінітного руху, частинка у прямокутній потенціальній ямі, спектр електрону в атомі гідрогену.

    Тема 2. Сили взаємодії між атомами та молекулами, класифікація твердих тіл за типами зв’язку (йонний, ковалентний, металічний, Ван-дер-Ваальсів), поліморфізм, моно- і полікристалічні, аморфні тверді тіла; близький і далекий атомні порядки.

    Тема 3. Трансляційна симетрія, кристалічна ґратниця, базис, типи кристалічних ґратниць (ґратниці Браве, сингонії). Періодичні граничні умови Борна-Кармана та їх зв’язок з дискретністю спектрів елементарних збуджень в кристалах.

    Тема 4. Анізотропія твердих тіл. Індекси кристалографічних вузлів, напрямів і площин (індекси Міллера), системи еквівалентних кристалографічних напрямів, рівняння кристалографічної площини (напрямні косинуси). Обернена ґратниця, зв’язок базисних векторів оберненої та прямої ґратниць та об’єми їх елементарних комірок, принцип побудови елементарної комірки Вігнера–Зейтца та зон Бріллюена.

    Тема 5. Дифракція випромінювань на кристалічній ґратниці, умова Вульфа–Брегга; рентгеноструктурний аналіз, особливості дифракції на полікристалах.

    Тема 6. Механічні властивості твердих тіл, континуальне наближення та умови його застосовності, повна система рівнянь руху суцільного середовища. Теорія пружності, тензор деформації, тензор швидкостей деформації, закон Гука і тензор пружних сталих, тензор внутрішньої в’язкості, повний тензор механічних напружень, граничні умови для задач теорії пружності. Врахування симетрії кристалу, позначення Фохта, закон Гука для кристалів кубічної симетрії. Пружні властивості ізотропного тіла, модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона, модуль зсуву, коефіцієнт всебічного стиску. Механічні хвилі (поширення звуку в твердому тілі).

    Тема 7. Непружність, внутрішнє тертя, релаксація напруг, механічні резонанси. Діаграма напружень, пластична деформація, ключові параметри матеріалу, що характеризують його механічні властивості. Механічні властивості наномасштабних систем та два способи підвищення міцності кристалічних твердих тіл (крива Бочвара–Одінга), теоретична міцність.

    Тема 8. Типи дефектів в кристалах (нуль-, одно-, дво- та тривимірні) та основні їх характеристики. Причини та умови виникнення і руху дефектів, їх роль у пластичній деформації металу.