Введение в физику конденсированного состояния

Преподаватель: Садаков Андрей Владимирович

Кафедра: физики и технологии наноструктур  (образовательная программа «Физика сверхпроводимости и квантовых материалов»)

Аннотация

Данный курс является вводным ко всем последующим курсам, читаемым студентам в Центре Гинзбурга. В этом курсе углубляются знания, дававшиеся студентам в курсе общей физики МФТИ и школьной физики 8-10 классов. Целью курса является создание основы для понимания дальнейших более специализированных курсов. Рассматриваются вопросы общих свойств конденсации газов в жидкое и твердое состояния, фазовые диаграммы твердых растворов, идеальные и неидеальные кристаллы, различные дефекты и их явлияние на свойства твердых тел.

Программа

Введение в конденсированное состояние. Рассмотрены основные макроскопические переменные. На примере классической молекулы H2O рассмотрена P-T-диаграмма состояний. Нарушенная симметрия и жесткость. Вводные сведения о пространственных корреляциях в жидкой фазе. Рассмотрены корреляционные функции в жидкости. Флуктуации и размерность пространства. Рассмотрены характерные энергии и потенциалы. Природа ван-дер Ваальсовское притяжения. Отталкивание как результат обменного взаимодействия.

Рассмотрены простые жидкости. Даны общие представления о конденсации. Распределение вероятностей. Изложены основы кинетической теории, более формальное рассмотрение корреляций в жидкости. Средние значения и термодинамические флуктуации. Введение в квантовые жидкости и их P-T-диаграмма.

Физика и термодинамика методов охлаждения. Понижение давления паров жидкости. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Квантовые жидкости 4He, 3Не. История открытия, получение, основные свойства He.  Сверхтекчучесть 4He и 3He. Основные термодинамические циклы. Адиабатическое размагничивание парамагнетика. Эффект Померанчука. Растворение 3He в 4He как квантовый эффективный процесс охлаждения.

Типы твердых тел. Кристаллическая решетка. Типы связей. Общие соображение об образовании твердого тела при конденсации атомов и о типах связи. Свойства металлической связи. Металлическая связь. Ковалентные кристаллы, молекулярные кристаллы, ионные кристаллы. Классические и квантовые колебания атомов. Квантовые кристаллы.

Несовершенства в кристаллах. Смещенные атомы. Типы точечных дефектов. Диффузия атомов. Дислокации. Краевые. Винтовые. Энергия дислокаций, движение дислокаций. Пластическая деформация. Подвижность и размножение дислокаций. Взаимодействие дислокаций.

Растворы и химические соединения металлов. Фазовая диаграмма T-x. Упорядоченные растворы. Фазовые превращения. Фазовые диаграммы. Фазовые диаграммы эвтектического типа.  Сплавы типа растворов внедрения.

.

Перечень рекомендуемой литературы

Основная литература: 

1. Н.Ашкрофт, Н. Мермин, Физика твердого тела, Москва, Мир, 1979
2. А.А.Абрикосов, Введение в теорию нормальных металлов, М., Наука, 1972.
3. Ч.Киттель, Квантовая физика твердых тел, М.Наука, 1967
4. Liang-fu Lou, Introduction to Phonons and Electrons (World Scientific, 2003)
5. Y. Kraftmakher, Lecture Notes on Equilibrium Point Defects  and Thermophysical Properties of Metals (World Scientific, 2000)

Дополнительная литература:

1. А.А.Абрикосов, Основы теории металлов, М., Наука, 1987
2. И.М.Лифшиц, М.Я.Азбель, М.И.Каганов, Электронная теория металлов, М. Наука, 1971.
3. Н.Мотт, Электронные процессы в некристаллических веществах, М.Мир, 1982.
4. Н.Б.Брандт, В.А.Кульбачинский, Квазичастицы в физике конденсированного состояния, М., Физматлит, 2007.
5. P.M.Chaikin, T.C.Lubensky, Principles of condensed matter physics (Cambridge University Press, 2nd edition, 2005)
6. L. G. Benguigui, STATISTICAL MECHANICS FOR BEGINNERS: A Textbook for Undergraduates (World Scientific, 2010)
7. John D Walecka, Fundamentals of Statistical Mechanics (World Scientific, 2000)
8. Martin Janssen, Fluctuations and Localization in Mesoscopic Electron Systems, (World Scientific, 2001)
9. S.H. Simon, The Oxfor Solid State Basics (Oxford University Press)
10. H. Ibach, H. Luth, Solid State Physics, 4th edition (Springer 2009)