Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
1.
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины
«
Физика конденсированного состояния
»
я
вляются
:
ф
ормирование
современны
х
представлени
й
о физических
свойствах твердых
тел, структур
е
материа
лов и типов
существующих в них взаимодействий
;
приобретение навыков
решения
типовы
х задач
по основным
разделам физики конденсированного состояния
.
2.
Место дисциплины в структуре ООП
магистратуры
Дисциплина «
Физика конденсированного состояния
»
является
обязательной дисциплиной
и
относится к вариативной части
Б
лока
1
«Дисциплины (модули)» ООП профиля «
Радиоэлектроника
» направления
подготовки
магистров 03
.0
4
.03
«
Радиофизика
»
.
Преподавание дисциплины
осуществляется
в
о
2
семестре
.
Для освоения дисциплины необходимы
базовые
знания и
навыки
по
атомной физик
е
и квантовой механик
е
.
В
результате
освоения данной дисциплины
студенты приобретают знания
и
навыки
, которые
помогут студентам
выполнить научно
-
исследовательскую
работу
и
подготовить выпускную квалификационную работу.
Общая
трудоемк
ость дисциплины составляет
4
зачетны
е
единиц
ы
.
3
.
Компетенции обуча
ющегося, формируемые в результа
те освоения
дисциплины
В результате освоения дисциплины «
Физика конденсированного
состояния
»
происходит
формир
ование
у обучающегося следующих
компетенций
:
способность
к свободному владению знаниями фундаментальных
разделов физики и радиофизики, необходимых для решения научно
-
исследовательских задач
(
ОПК
-
3
);
способностью самостоятельно ставить научные задачи в области
физики и радиофизики и решать их с использованием современного
оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта
(
ПК
-
2
).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
базовые понятия зонной теории твердых тел;
классификацию кристаллических решёток по симметрии;
правила заполнения энергетических зон электронами;
соотношения Крамерса
-
Кронига
и
ф
ормула Кубо
-
Гринвуда;
Уметь:
описывать структуры регулярных
кристаллических систем с
использованием понятий современной кристаллографии о
периодических функциях с трансляционной симметрией
;
определять зоны Бриллюэна и симметричные точки в зоне Бриллюэна
;
приводить примеры простых кристаллических структур
;
видеть те
сную связь математического описания с физической ст
ороной
рассматриваемого явления
;
о
предел
ять
индекс
ы
Миллера плоскостей
кристаллической
решётки
.
Владеть:
навыками построения Гамильтониана
;
навыками компьютерных симуляций низкоразмерных структур
;
навыкам
и расчета оптических характеристик твердых тел
;
навыками
применения метода л
инейн
ой
комбинаци
и атомных
орбиталей
.
4.
Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины
составляет
4
зачетны
е
единиц
ы
(
144
час
а
)
.
№
п/п
Раздел дисциплины
Семестр
Неделя
семестра
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу
студентов и трудоемкость (в
часах)
Формы текущего
контроля
успеваемости
(по
неделям
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации
(по
семестрам)
лекции
лаборато
рные
практ
ическ
ие
КСР
1
Раздел 1.
С
труктура
твердых тел
.
Элементы
кристаллографии
2
1
-
4
8
0
4
1
5
фронтальный
опрос
2
Раздел 2.
Зонная теория
твердых тел
2
5
-
8
8
0
4
1
5
фронтальный
опрос
3
Раздел 3.
Элек
трические
свойства твердых
тел
2
9
-
12
8
0
4
1
5
фронтальный
опрос
,
подготовка и
написание
реферата
4
Раздел 4.
Опти
ческие
свойства твердых
тел
2
13
-
1
6
8
0
4
1
5
фронтальный
опрос
,
подготовка и
написание
реферата
Итого
2
1
6
32
0
16
60
Экзамен (36
часов)
Содержание учебной дисциплины
2
семестр
РАЗДЕЛ 1.
Структура твердых тел. Элементы кристаллографии
Кристаллическая решетка. Двумерные решетки. Решетки Бравэ. Обозначения
узлов, направлений и плоскостей в кристаллах (индексы Миллера).
Элементарная ячейка. Ячейки Вигнера
-
Зейца. Симметрия. Пространственная
г
руппа.
Трансляционная симметрия. Точеч
ные группы
симметрии
.
Трехмерные решетки. Простая кубическая решетка. Гранецентрированная
кубическая решетка. Объемно
-
центрированная кубическая решетка.
Гексагональная решетка. Гексагональная кристаллическая решетка с
плотной упаковкой. Решетка алмаза. Классификация кристаллических
решёток по симметрии.
РАЗДЕЛ 2.
Зонная теория твердых тел
Электронная структура. Модель Ферми
-
газа и одноэлектронная модель.
Построение Гамильтониана. Плотность электронных состояний. Эне
ргия
электронов в периодическом поле кристаллов. Зависимость энергии
электронов от волнового вектора. Теорема Блоха. Сингулярности Ван Хова.
Модель Кронига
–
Пенни. Почти свободные электроны. Теория возмущений.
Зоны Бриллюэна. Линейная комбинация атомных о
рбиталей. Функции Ванье.
Модель сильной связи. Электрон
-
электронные взаимодействи
я.
Вариационный принцип. Уравне
ния Хартри и Хартри
-
Фока. Теория
функционала плотности. Уравнения Кона
-
Шэма.
РАЗДЕЛ 3.
Электрические свойства твердых тел
Равновесное состояние
электронного газа. Дрейф э
лектронов под влиянием
внешнего
электрического поля. Время релаксации и длина свободного
пробега электронов. Зависимость подвижности носителей зарядов от
температуры. Энергия Ферми. Критерий вырождения электронного газа.
Концентр
ация носителей заряда для невырожденного и вырожденного
электронного газа. Подвижность свободных носителей заряда при различных
механизмах рассеяния. Кинетическое уравнение Больцмана.
Электропроводность углеродных наноструктур.
РАЗДЕЛ 4.
Оптические
свойства твердых тел
Основные положения ф
еноменологическ
ой
теори
и
. Тензор комплексной
оптической проводимости. Механическая модель для диэлектрических
функций в диэлектриках и металлах. Соотношения Крамерса
-
Кронига.
Коэффициенты отражения, пропускания, пог
лощения. Формула Кубо
-
Гринвуда. Теория линейного отклика популяции электронов на внешнее
воздействие. Приближение Борна. Динамическая диэлектрическая
проницаемость. Многочастичные функции Грина. Ме
ж
з
онные и
внутризонные оптические
переходы.
5.
Образовател
ьные технологии
, применяемые при освоении
дисциплины
При реализации различных видов учебной работы (лекции,
практические
занятия,
самостоятельная работа) используются следующие современные
образовательные технологии:
Информационно
-
коммуникационные
технологии
;
Проектные методы обучения
;
Исследовательские методы в обучении
;
Разноуровневое обучение
.
В соответствии с требованиями ФГОС ВО
по направлению подготовки
03.04.03
«
Радиофизика
» реализация компетентностного
подхода
предусматривает широкое использование в учебном процессе активных и
интерактивных форм проведения занятий (компьютерные симуляции, разбор
конкретных ситуаций, работа над проектами) в сочетании с внеаудиторной
работой с целью формирования и развити
я профессиональных навыков
обучающихся. Эффективность применения интерактивных форм обучения
обеспечивается реализацией следующих условий:
нахождение проблемной формулировки темы занятий, заданий,
вопросов
;
мониторинг личностных особенностей и профессиона
льной
направленности студентов;
оценка результата совместной деятельности
.
Использование интерактивных форм и методов обучения направлено на
достижение ряда важнейших образовательных целей:
стимулирование мотивации и интереса
к конкретной дисциплине
в об
щеобразовательном, общекультурном и профессиональном
плане;
повышение уровня активности и самостоятельности
обучающихся;
развитие навыков анализа, критичности мышления,
взаимодействия, коммуникации;
саморазвитие и развитие обучающихся благодаря активизации
мыслительной деятельности и диалогическому взаимодействию с
преподавателем и другими участниками образовательного
процесса.
В случае наличия среди обучающихся инвалидов и лиц с
ограниченными возможностями здоровья применяются следующие
адаптивные образов
ательные технологии:
-
предоставление инвалидам по зрению или слабовидящим
возможностей использовать пособия, выполненные шрифтом Брайля,
крупноформатные наглядные материалы и аудиофайлы;
-
обязательное звуковое сопровождение демонстрационного или
иллюстра
тивного материала для лиц с ограниченными возможностями по
слуху;
-
создание условий для организации коллективных занятий в
студенческих группах, где инвалидам и лицам с ограниченными
возможностями по здоровью оказывалась бы помощь для получения
информации
;
-
проведение индивидуальных коррекционных консультаций для
инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья.
6.
Учебно
-
методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Важную роль при освоении дисциплины
«
Физика конденсированного
состояния
»
играет самостоятельная работа студентов. Самостоятельная
работа призвана способствовать:
углублению и расширению знаний
в области
физики
конденсированного состояния
;
овладению приёмами процесса познания
;
формированию интереса к познавательной деятельности;
развитию познавательных способностей.
Самостоятельная работа студентов имеет основную цель
–
обеспечить
качество подготовки
выпускников
в соответствии с требованиями
основной
образовательной программы по направлению подготовки
магистров
03.04.03
«
Радиофизика
».
К самостоятельной работе относятся:
самостоятельная работа на аудиторных занятиях;
внеаудиторная самостоятельная работа.
В
процесс
е обучения предусмотрены следующие виды
самостоятельной
работы обучающегося
:
р
абота с
конспектами
лекци
й
;
проработка пройденных лекционных материалов по учебникам и
пособиями на основании вопросов, подготовленных преподавателем
;
проработка дополнительных
тем, не вошедших в лекционный
материал, но обязательных согласно учебной программе дисциплины
;
самостоятельно
е решение
задач по основным разделам курса
;
и
зучение обязательной и дополнительной литературы
;
написание рефератов по отдельным разделам дисциплины
;
п
одготовка к
экзамену
.
Учебно
-
методическое обеспечение
самостоятельной работы
рабочая программа
дисциплины
;
учебники
и учебные пособия
(приведены в списке основной и
дополнительной литературы)
;
контрольные вопросы
;
темы
реферато
в
.
Методические указания
по выполнению заданий самостоятельной
работы
Приведены в ФОС для данной дисциплины.
Методические указания по выполнению
практических заданий
Приведены в ФОС для данной дисциплины.
Контрольные вопросы
1.
Кристаллическая решетка. Решетки Бравэ.
2.
Обозначения узлов, направлений и плоскостей в кристаллах (индексы
Миллера).
3.
Ячейки Вигнера
-
Зейца.
4.
Симметрия.
5.
Пространственная группа.
6.
Трансляционная симметрия.
7.
Точеч
ные группы
симметрии
.
8.
Простая кубическая решетка.
9.
Гранецентрированная кубическая ре
шетка.
10.
Объемно
-
центрированная кубическая решетка.
11.
Гексагональная решетка.
12.
Гексагональная кристаллическая решетка с плотной у
паковкой.
13.
Решетка алмаза.
14.
Классификация кристаллических решёток по симметрии.
15.
Модель Ферми
-
газа и одноэлектронная модель.
16.
По
строение Гамильтониана.
17.
Плотность электронных состояний.
18.
Энергия электронов в периодическом поле кристаллов.
19.
Зависимость энергии электронов от волнового вектора.
20.
Теорема Блоха.
21.
Сингулярности Ван Хова.
22.
Модель Кронига
–
Пенни.
23.
Почти свободные электроны.
24.
Теория возмущений.
25.
Зоны Бриллюэна.
26.
Линейная комбинация атомных орбиталей.
27.
Функции Ванье.
28.
Модель сильной связи.
29.
Вариационный принцип.
30.
Уравнения Хартри и Хартри
-
Фока.
31.
Теория функционала плотности. Уравнения Кона
-
Шэма.
32.
Равновесное состояние электронного газа.
33.
Дрейф электронов под влиянием внешнего электрического поля.
34.
Время релаксации и длина
свободного пробега электронов.
35.
Зависимость подвижности носителей зарядов от температуры.
36.
Энергия Ферми.
37.
Критерий вырождения эл
ектронного газа.
38.
Концентрация носителей заряда для невырожденного и вырожденного
электронного газа.
39.
Подвижность свободных носителей заряда при различных механизмах
рассеяния.
40.
Кинетическое уравнение Больцмана.
41.
Электропроводность углеродных наноструктур
.
42.
Основные положения феноменологической теории.
43.
Тензор комплексной оптической проводимости.
44.
Механическая модель для диэлектрических функций в диэлектриках и
металлах.
45.
Соотношения Крамерса
-
Кронига.
46.
Коэффициенты отражения, пропускания, поглощения.
47.
Форму
ла Кубо
-
Гринвуда.
48.
Теория линейного отклика популяции электронов на внешнее
воздействие.
49.
Приближение Борна.
50.
Динамическая диэлектрическая проницаемость.
51.
Многочастичные функции Грина.
52.
Межзонные и внутризонные оптические переходы.
Темы реферат
ов
1.
Фотонные
кристаллы и их свойства
;
2.
Оптические модуляторы
;
3.
Электронная структура композитных материалов на основе графена
;
4.
Графеновые оптические наноустройства
;
5.
Формализм Ландауэра
-
Буттикера для квантового транспорта
;
6.
Фазовые переходы в квазидвумерных углеродных
на
ноструктурах
.
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС
Баллы по соответствующим видам учебной деятельности заносятся в
столбцы
2
–
7
, для результатов промежуточной аттестации предусмотрен
столбец
8
.
Таблица 1. Т
аблица максимальных баллов по
видам учебной деятельности.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Семестр
Лекции
Лаборатор
ные
занятия
Практичес
кие
занятия
Самостояте
льная
работа
Автоматиз
ированное
тестирова
ние
Другие
виды
учебной
деятельн
ости
Промежу
точная
аттестац
ия
Итого
2
1
0
0
30
2
0
0
0
40
1
00
Программа оценивания
учебной деятельности студента
Лекции
Посещаемость, активность
; количество баллов за семестр
–
от 0 до
1
0
.
Критерии оценки:
не более 50% от числа занятий в семестре
–
0 баллов,
от 51% до
6
5
%
–
4
баллов;
от 6
5
до
8
0%
–
6
баллов
;
от
8
1% до 90%
–
8
баллов;
от 91 до 100% занятий
–
1
0
баллов.
Лабораторные
занятия
Не предусмотрены
.
Практические занятия
Решение задач по каждому разделу дисциплины; количество баллов (за один
семестр)
–
от 0 до
3
0.
Критерий оценки:
при полностью
правильном и своевременном выполнении студентом
заданий по каждому разделу дисциплины
–
3
0 баллов;
при частично правильном выполнении (правильно выполненных
заданий
–
не менее 90%)
–
25
балл
ов
;
при частично правильном выполнении (правильно выполненных
зад
аний
–
не менее 80%)
–
20 балл
ов
;
при частично правильном выполнении (правильно выполненных
за
даний
–
не менее 70%)
–
15 баллов
;
при частично правильном выполнении (правильно выполненных
заданий
–
не менее 60%)
–
10 балл
ов
;
при частично правильном выпол
нении (правильно выполненных
за
даний
–
не менее 50%)
–
5 баллов
;
в остальных случаях
–
0 баллов.
Самостоятельная работа
Написание реферата по одному из разделов
дисциплины
; количество баллов
–
от 0 до
2
0
.
Критерий оценки:
при полностью правильном
оформлении
и
сдаче в срок реферата
–
20
балл
ов
;
при допущении незначительных недочетов в оформлении и сдаче в
срок реферата
–
15
балл
ов
;
при допущении существенных недочетов в оформлении и сдаче в срок
реферата
–
10
баллов
;
при допущении существенных недочетов в оформлении и
несвоевременной сдаче реферата
–
5
баллов
;
в остальных случаях
–
0 баллов.
Автоматизированное тестирование
Не предусмотрены.
Другие виды учебной деятельности
Не предусмотрены.
Промежуточная аттестация
Форма промежуточной аттестации
–
экзамен; количество баллов
–
от 0 до
4
0.
Экзамен проводится в устной формев виде ответов на вопросы билета и два
дополнительных вопроса из перечня вопросов к промежуточной аттестации.
Билет содержит
два
вопроса из перечня вопросов к промежуточной
аттестации.
Критерий оценки ответа на каждый вопрос при проведении промежуточной
аттестации
:
на вопрос дан правильный, полный, развернутый ответ (допускаются
незначительные погрешности)
–
9
-
10 баллов;
на вопрос
дан правильный, но неполный ответ (например, при
доказательстве теоремы, изложении метода отсутствуют отдельные
логические шаги; допущена ошибка при вычислении; имеются другие
неточности)
–
6
-
8 баллов;
на вопрос дан краткий ответ, содержащий только верно
сформулированные факты (допускаются незначительные погрешности)
–
5
баллов;
в остальных случаях
–
0 баллов.
Максимально возможная сумма баллов за все виды учебной деятельности
студента
за один семестр по дисциплине «
Физика конденсированного
состояния
» с
оставляет 100 баллов.
Таблица 2. Пересчет полученной студентом итоговой суммы баллов за
семестр по дисциплине «
Физика конденсированного состояния
» в оценку:
Итоговая сумма баллов
Оценка по дисциплине
0
–
5
0
н
еудовлетворительно
5
1
–
70
удовлетворительно
71
–
90
хорошо
91
–
100
отлично
8
.
Учебно
-
методическое и информационное обеспечениедисциплины
а) основная литература:
1.
Физика полупроводников [Текст]: учебник / К.
В. Шалимова.
-
4
-
е изд.,
стер.
-
Санкт
-
Петербург; Москва; Краснодар
: Лань, 2010.
-
390, [10] с.
(В
ЗНБ СГУ
43
экз.)
2.
Физика тве
рдого тела [Электронный ресурс]
: учеб. пособие / Г.
И.
Епифанов.
-
Москва: Лань, 2011.
-
288 с.
: ил.
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=2023
б)
д
ополнительная литература
1.
Основ
ы физики полупроводник
ов [Текст] : учеб. пособие / Г.
Г
. Зегря,
В.И. Перель.
-
Москва
:
ФИЗМАТЛИТ, 2009.
-
335, [1] с
.
(В ЗНБ СГУ
30
экз.)
2.
Введение в теорию полупроводников [Текст] : учеб. пособие / А. И. Ансельм.
-
3
-
е изд., стер.
-
Санкт
-
Петербург; Москва
; Краснодар
: Лань, 2008.
-
618, [6] с
.
(В
ЗНБ СГУ
41
экз.)
3.
Физика тве
рдого тела [Электронный ресурс]: учеб. пособие / В.Л. Матухин, В.
Л.
Ермаков.
-
Мос
ква: Лань, 2010.
-
218 с.
: ил.
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=262
4.
Физика тве
рдого тела [Электронный ресурс]
: Учебное пособие / Юрий
Анатольевич Стрекалов, Надеж
да Архиповна Тенякова.
-
Мо
сква
:
Издательский Цент
р РИОР; Москва
: ООО "Научно
-
издательский центр
ИНФРА
-
М", 2013.
-
307 с.
http://znanium.com/go.php?id=363421
5.
Основы физики конд
енсированного состояния [Текст]
: учебное пособие
/
Ю. В.
Петров.
-
Долгопрудный
: Издательский дом "Интеллект", 2013.
-
213, [3] с
.
(В ЗНБ СГУ 5
экз.)
в) программное обеспечение и Интернет
-
ресурсы
1.
Программный пакет
KVAZAR
http
://
nanokvazar
.
ru
/
kvazar
2.
Базаданных
Web of Science
http://apps.webofknowledge.com
3.
База данных Scopus
https://www.scopus.com/
4.
Электронная библиотека СГУ
http://library.sgu.ru/
5.
Электронная полнотекстовая библиотека Ихтика
http://ihtik.lib.ru/
6.
Учебная физико
-
математическая библиотека
–
EqWorld
m
7.
Библиотека Естественных Наук РАН
http://www.benran.ru/
8.
Электронная библиотека «Наука и техника»
http://n
-
t.ru/
9.
Электронная библиотека Российской государственной библиотеки
http://elibrary.rsl.ru/
10.
Электронная библиотека TWIPX
http://www.twirpx.com/
11.
Публичная Электронная Библиотека "ПРОМЕТЕЙ"
9
.
Материально
-
техническое обеспечение дисциплины
мультимедийный проектор
;
персональный компьютер.
Приложение к рабочей программе
Перечень программного обеспечения, используемого при обучении
студентов
физического факультета по направлению
03.0
4
.03 «Радиофизика»
профиль «
Радиоэлектроника
»
Кроме программных пакетов и утилит, входящий в стандартную по
ставку ОС
Debian 8 (список используемых лицензий:
https://www.debian.org/legal/licenses/
), 9 и Ubuntu 16.04 xenial
Название программного
обеспечения
Версия
Лицензия
ОС Debian
8
https://www.debian.org/leg
al/licenses/
ОС Debian
9
https://www.debian.org/leg
al/licenses/
Ubuntu
16.04
X
enial
http://releases.ubuntu.com/
16.04/
B
rasero
3.11.4
GNU GPL
GROMACS
4.6.3
GNU LGPL
GNU Image Manipulation
Program (GIMP)
2.8.14
GNU GPL
GParted
0.19.0
GNU FDL
Google Chrome
53.0.2785.116
Условия предоставления
услуг Google Chrome
(https://www.google.com/c
hrome/browser/privacy/eul
a_text.htm
l)
HandBrake
0.10.1
GNU GPL
Inkscape
0.48.5
GNU GPL
LibreOffice
5.2.1.2
Mozilla Public License
Transmission
2.92
GNU GPL
Sublime Text 3
Build 3126
Пользовательское
соглашение
(https://www.sublimetext.c
om/eula)
Vim
7.4.1829
GNU GPL
-
совместимая
Xarchi
ver
0.5.4
GNU
Qt Creator
4.1.0
GNU LGPL
Visual Molecular
Dynamics
1.9.2
Пользовательское
соглашение
http://www.ks.uiuc.edu/Res
earch/vmd/current/LICENS
E.html
LAMMPS
GPL
Salome_Meca
2015.2
LGPL
CalculiX
0.2
GNU GPL
Htop
2.0.2
GNU GPL
GParted
3.2
GNU
GPL2
PsychoPY
1.83.04
GNU GPL
FreeCAD
0.15
LGPL2+, GNU GPL2+
LibreCAD
1.0.0
GNU GPL2
InkScape
0.91
GNU GPL2
Texmaker
4.4.1
GNU GPL2
DFTB+
1.2
Пользовательское
соглашение
(http://www.dftb
-
plus.info/download/registra
tion/)
SMPlayer
16.4.0
GNU GPL2
M
idnight Commander
4.8.17
GNU GPL3
CUPS
2.1.0
GNU GPL, GNU LGPL
Meep
1.3
GNU GPL 2+
Cisco Packet Tracer
7.0
Proprietary (бесплатная
регистрация)
Circuit Simulator
version 2.1.4js (pfalstad)
http://www.falstad.com/
Gaussian
G09
Proprietary (лицензия
С
ГУ)
Приложенные файлы
