соотношения Крамерса-Кронига и формула Кубо-Гринвуда Уметь Формула Кубо-Гринвуда. Теория линейного отклика популяции электронов на внешнее воздействие.


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.

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
.

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

  • pdf 7732738
    Размер файла: 582 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий