Свободный Университет
Свободный Университет
Курс Татьяны Батуриной
Введение в физику конденсированного состояния
Курс Татьяны Батуриной
Введение в физику конденсированного состояния
Длительность курса
февраль - май
2022
Формат
1 занятие в неделю
дистанционно в форме еженедельных zoom-конференций
лекции
Виды заданий
Самостоятельная работа

Аннотация к курсу
Чем занимается физика конденсированного состояния (condensed matter physics)?
Она исследует системы, которые состоят из чрезвычайно огромного количества компонентов и взаимодействие между ними настолько велико, что свойства системы уже не сводятся к свойствам отдельных компонентов. Оглядитесь по сторонам и вы заметите, что всё, что вы видите, любой объект, на котором остановился ваш взгляд представляет собой именно такую «конденсированную» фазу.
Физики для своего концентрированного внимания выделяют весьма специфические объекты – металлы, полупроводники, магнетики, сверхпроводники, говорят о жидких фазах и твёрдых фазах. По сути обширность интересов физики конденсированного состояния предполагает, что её задачей является объяснение всего материального мира.

Конечно, в рамках этого курса мы не будем пытаться нарисовать всю картину мира – это невозможно, но мы создадим каркас из базовых идей и представлений, лежащих в основе нашего сегодняшнего понимания ситуаций, когда мы имеем дело с большим числом объектов в сложной обстановке.
Основные темы курса
1
Как мы постигаем окружающий мир
2
Порядок! Все построились! Кристаллическая структура, элементы симметрии. Порядок здесь – беспорядок там! А что на границе?
3
Дискретность – непрерывность. Волны!
4
Волны в дискретных средах. Конструируем квазичастицу – фонон
5
Основные положения квантовой механики. Всё очень серьёзно. Мы знаем, что никогда не будем иметь точного ответа! Живите теперь с этим – вероятность и неопределённость. Куда исчезло то, о чём мы знали точно?
6
Собираемся в кучу, становимся другими и приобретаем свободу. Делокализация
7
Коллективисты и индивидуалисты. Бозоны и фермионы. Квантовая статистика
8
Свобода в пределах разрешённого. Немного беспорядка есть всегда! Дрейф и диффузия
9
А что если мир плоский? А если мы в трубе? Размерность имеет значение!
10
Беспорядок и локализация.
Чему вы научитесь в результате курса?
Прослушав этот курс, Вы не станете специалистом в физике конденсированного состояния (это только "введение в…") и не научитесь решать задачи в этой области, но Вы начнёте смотреть на мир немного другими глазами, перед Вами откроется огромный и прекрасный мир, изучением которого на сегодняшний день занимается подавляющее большинство из тех людей, которые называют себя физиками.
Кому подойдет этот курс?
Специальной подготовки не требуется. Курс предназначен для школьников старших классов, студентов, преподавателей. Основное требование к слушателям: быть любознательными, трудолюбивыми и обладать хорошим воображением.
О преподавателе
Татьяна Батурина
Ph.D. in Condensed Matter Physics; Professor in Condensed Matter Physics, Friedrich Wilhelm Bessel Research Awardee
Подайте заявку на курс уже сегодня!
Ждём вас в Свободном Университете
Прием заявок до 25.01.2022
Программа курса
Введение в физику конденсированного состояния
Введение:
Место физики конденсированного состояния в системе
знаний об окружающем мире
Кристаллическая структура:
Кристаллическая решётка, элементы
симметрии. Примеры кристаллических структур. Индексы Миллера
плоскостей и направлений. Ближний и дальний порядок. Дефекты
кристаллической структуры.
Колебания и волны:
Волновой вектор, частота колебаний,
дисперсия. Распространение волн, дифракция, отражение. Сложение
волн, интерференция.
Тепловые колебания атомов в кристалле:
Модель одномерной цепочки, дисперсия. Понятие фонона. Концепция квазичастиц. Двухатомная линейная цепочка. Акустические и оптические
фононы. Локальные фононные колебания.
Основные положения квантовой механики:
Дуальная картина мира. Соотношение неопределенностей Гайзенберга. Уравнение Шредингера. Частица в потенциальной яме: стационарные
состояния, квантование энергии, туннелирование. Переход к
классическому пределу. Волновой пакет.
Модели энергетических зон:
Метод сильной связи – модель Фейнмана. Одномерная модель квантовых ям – модель Кронига - Пенни. Образование энергетических зон. Закон дисперсии,
эффективная масса.
Квантовая статистика:
Бозоны и фермионы. Принцип Паули.
Распределение Ферми-Дирака. Распределение электронов по
энергетическим уровням. Металлы, полупроводники и диэлектрики
с точки зрения зонной структуры.
Электронный газ в металлах и полупроводниках:
Дрейф в электрическом поле, подвижность. Рассеяние на примесях, дефектах
решётки и фононах. Диффузия, соотношение Эйнштейна. Основные
уравнения, описывающие движение свободных носителей.
Электронные системы пониженной размерности:
квантовые ямы, нити, точки. Размерное квантование проекции импульса и
энергии. Баллистическая проводимость квантовых нитей. Квант
сопротивления. Квантовые точечные контакты.
Мезоскопические системы:
Фазовая когерентность.
Интерференционная добавка к проводимости. Слабая локализация.
Универсальные флуктуации кондактанса.
Элементы теории перколяции:
Двухфазные и многофазные системы. Переход металл-изолятор.