Введение в физику конденсированного состояния

Преподаватель: Прудкогляд Валерий Андреевич

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 влияние 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, Т.1-2 (М.: Мир, 1979)
2. А.А.Абрикосов, Введение в теорию нормальных металлов (М.: Наука, 1972)
3. Д.Займан, Принципы теории твердого тела (М.: Мир, 1974)
4. J.Singleton, Band Theory and Electronic Properties of Solids (Oxford University Press, 2001)
5. C.Enss, S.Hunklinger, Low-Temperature Physics (Springer, 2005)
6. 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. Ч.Киттель, Квантовая теория твердых тел (М.: Наука, 1967)
4. А.Ансельм, Введение в теорию полупроводников (2-е издание, М.: Наука, 1978 )
5. И.Квасников, Термодинамика и статистическая физика, Т.1-3 (2-е издание, М.: Едиториал УРСС, 2003)
6. Н.Мотт, Электронные процессы в некристаллических веществах (М.: Мир, 1982)
7. E.Economou, The Physics of Solids: Essentials and Beyond (Springer, Graduate Texts in Physics, 2010)
8. P.Chaikin, T.Lubensky, Principles of Condensed matter physics (2nd ed., Cambridge University Press, 2005)
9. P.Taylor, O.Heinonen, A Quantum Approach to Condensed Matter Physics (Cambridge University Press, 2002)