О курсе

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.

Курс рассчитан на 15 лекций, сентябрь – декабрь 2023.

  • Чему вы научитесь?

    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.

  • На кого ориентирован курс?

    Специальной подготовки не требуется. Курс предназначен для школьников старших классов, студентов, преподавателей.

  • Пререквизиты

    Основное требование к слушателям: быть любознательными, трудолюбивыми и обладать хорошим воображением. Весьма желательно знание математики в объёме школьной программы

Преподаватели

  • Татьяна Батурина

    Ph.D. in Condensed Matter Physics; Professor in Condensed Matter Physics, Friedrich Wilhelm Bessel Research Awardee

Программа

01

Место физики конденсированного состояния в системе знаний об окружающем мире.

02

Кристаллическая решётка, элементы симметрии. Примеры кристаллических структур. Индексы Миллера плоскостей и направлений. Ближний и дальний порядок. Дефекты кристаллической структуры.

03

Волновой вектор, частота колебаний, дисперсия. Распространение волн, дифракция, отражение. Сложение волн, интерференция.

04

Модель одномерной цепочки, дисперсия. Понятие фонона. Концепция квазичастиц. Двухатомная линейная цепочка. Акустические и оптические фононы. Локальные фононные колебания.

05

Дуальная картина мира. Соотношение неопределенностей Гайзенберга. Уравнение Шредингера. Частица в потенциальной яме: стационарные состояния, квантование энергии, туннелирование. Переход к классическому пределу. Волновой пакет.

06

Метод сильной связи – модель Фейнмана. Одномерная модель квантовых ям – модель Кронига - Пенни. Образование энергетических зон. Закон дисперсии, эффективная масса.

07

Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Распределение Ферми-Дирака. Распределение электронов по энергетическим уровням. Металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной структуры.

08

Дрейф в электрическом поле, подвижность. Рассеяние на примесях, дефектах решётки и фононах. Диффузия, соотношение Эйнштейна. Основные уравнения, описывающие движение свободных носителей.

09

Квантовые ямы, нити, точки. Размерное квантование проекции импульса и энергии. Баллистическая проводимость квантовых нитей. Квант сопротивления. Квантовые точечные контакты

10

Фазовая когерентность. Интерференционная добавка к проводимости. Слабая локализация. Универсальные флуктуации кондактанса.

Книги, в аннотации к которым сказано: «для школьников»

  1. Каганов М.И., Лифшиц И.М. Квазичастицы. М.:Наука, 1989.
  2. Фейнман Р. Характер физических законов. // Библиотечка «Квант», вып. 62. М.: Наука, 1987,
  3. Мигдал А.Б. Квантовая физика для больших и маленьких. //  Библиотечка «Квант», вып. 75. М.: Наука, 1989. 
  4. Левинштейн М. Е., Симин Г. С. Знакомство с полупроводниками. //  Библиотечка «Квант», вып. 33. М.: Наука, 1984. 
  5. Левинштейн М. Е., Симин Г. С. Барьеры. //  Библиотечка «Квант», вып. 65. М.: Наука, 1987. 
  6. Эдельман В.С. Вблизи абсолютного нуля. //  Библиотечка «Квант», вып. 26. М.: Наука, 1983. 
  7. Ашкинази Л.А. Вакуум для науки и техники. //  Библиотечка «Квант», вып. 58. М.: Наука, 1987. 
  8. Штейберг А.С. Репортаж из мира сплавов. //  Библиотечка «Квант», вып. 71. М.: Наука, 1989. 
  9. Эфрос А.Л. Физика и геометрия беспорядка. //  Библиотечка «Квант», вып. 19. М.: Наука, 1982. 
  10. Асламазов Л.Г., Варламов А.А. Удивительная физика. //  Библиотечка «Квант», вып. 63. М.: Наука, 1987. 

Классические учебники:

  1. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. М.: Наука, 1978.
  2. Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела. М.: Наука, 1978.
  3. Займан Дж. Принципы теории твёрдого тела. М.: Мир, 1974.
  4. Ашкрофт Н., Мермин П. Физика твердого тела. М.: Мир, 1979.
  5. Анималу А. Квантовая теория кристаллических твердых тел  М.: Мир, 1981.
  6. Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М.: Наука, 1987.

 

Поступающим

Как подать заявку на курс?

  • Написать мотивационное письмо

    В мотивационном письме студент должен пояснить зачем ему нужен курс, как он в дальнейшем планирует использовать полученные знания.

    Рекомендации для мотивационного письма →
  • Отправить письмо

    Мотивационные письма принимаются на почту [email protected] в формате PDF.

    В теме письма обязательно указать название интересующего вас курса.