Учебно-методический комплекс по дисциплине Современные проблемы физики и производства

2.2. Рабочая программа аудиторных занятий

1. 
   Обзор важнейших проблем современной физики. «Физический минимум В.Л. Гинсбурга или, какие проблемы физики и астрофизики представляются наиболее важными и интересными в начале XXI века». Советские и российские лауреаты нобелевских премий, их достижения в области науки и техники.
   
2. 
   Фундаментальные физические константы: роль в физике и метрологии, рекомендованные значения. Универсальная природа фундаментальных физических констант. В чем заключается приближенная природа любой теории? Задачи метрологии. Процедура согласования физических констант. Первые «естественные» единицы. Константы классической физики и их универсальная роль. Какие принципы измерений можно считать новыми? Современные «естественные» единицы. Энергетические и частотные эквиваленты различных единиц. Три связанные системы: система физических величин, система физических единиц, система эталонов физических единиц. Рекомендованные значения физических констант.
   
3. 
   Сверхпроводимость. История открытия. Эмпирическое проявление сверхпроводимости. Критический ток и критические магнитные поля. Сверхпроводники первого и второго рода. Эффект Майснера. Теории Лондонов, Ландау-Гинсбурга. Эффект Джозефсона. Куперовские пары электронов. Теория Бардина-Купера-Шриффера. Открытие высокотемпературных сверхпроводников. Характеристики высокотемпературной сверхпроводимости. Техническое применение сверхпроводимости.
   
4. 
   Сверхтекучесть. История открытия. Эмпирическое проявление сверхтекучести. Эксперименты П.Л. Каницы. Экспериментальные факты, приведшие к теории сверхтекучести Ландау. Энергетический спектр HeII. Первый и второй звук в сверхтекучем гелии. Общая характеристика сверхпроводимости и сверхтекучести как макроскопических квантовых явлений. Бозе-конденсация и ее проявление.
   
5. 
   Излучение Вавилова-Черенкова и родственные эффекты. Экспериментальное проявление эффекта Вавилова-Черенкова, его качественное отличие от люминесценции. Элементарная теория Тамма-Франка черенковского излучения. Поведение поляризации среды при прохождении через нее заряженных частиц. При каких волновых процессах могут проявляться аналоги эффекта Вавилова-Черенкова. Переходное излучение Гинзбурга-Франка.
   
6. 
   Квантовая электроника. История основных идей и открытий. Работы Таунса, Басова, Прохорова. Создание первых мазеров и лазеров. Принцип работы квантового генератора. Мазеры генераторы и мазеры усилители, типы и применения. Лазеры – твердотельные, жидкостные, газовые и плазменные, схемы уровней и режимы работы. Рентгеновский лазер (разер) и проблемы создания гамма-лазера (газера). Применение лазеров: термоядерный синтез; лазерное разделение изотопов; лазерная химия; лазерная спектроскопия; лазерные технологии; лазерное охлаждение атомов.
   
7. 
   Алмазоподобные полупроводники. Семейство алмазоподобных полупроводников: IV→III-V→II-IV; III-V→II-IV-V₂; II-VI→I-III- VI₂. Особенности химической связи в алмазоподобных полупроводниках. Примеси донорного и акцепторного типа в полупроводниках. Применения.
   
8. 
   Физика полупроводников. Донорные и акцепторные полупроводники, электронно-дырочный переход. Контактная разность потенциалов. Энергетические диаграммы на полупроводниковых гетеропереходах. Туннельный эффект. Нелинейные вольтамперные характеристики. Генератор Ганна. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Типичные структуры гетерограниц. Применение полупроводников.
   
9. 
   Наноструктуры и нанотехнологии. Общая характеристика наносистем. Физические размерные эффекты. Квантовые размерные эффекты. Экситоны в низкоразмерных структурах. Экситоны в структурах с дробной размерностью. Энергии связи экситонов в структурах разной размерности. Типичные картины экситонной люминесценции. Применение низкоразмерных структур. Цифровая форма кодирования (информационные системы). Лазеры на низкоразмерных структурах.
   
10. 
    Полупроводниковые наноструктуры. Сверхрешетки. Типы сверхрешеток. Композиционные сверхрешетки. Технологии получения, энергетические диаграммы. Квантовые нити. Технологии получения, энергетические диаграммы. Закон дисперсии. Проводимость. Баллистический перенос в квантовых нитях. Ступенчатое изменение проводимости. Джоулево тепло в квантовых нитях. Квантовые точки. Технологии получения, энергетические диаграммы. Применение полупроводниковых наноструктур.
    
11. 
    Графен. Технологии получения, механические свойства. Свойства двумерного электронного газа. Особенности квантового эффекта Холла в графене. Возможности применения графена.
    
12. 
    Металлические кластеры. Определение: однокомпонентные и многокомпонентные (металлокластеры). Переход материала из кластерного состояния в объемное. Оболочечная электронная структура кластеров щелочных и редкоземельных металлов. Кластеры с магическими числами. Периодический характер изменения свойств с ростом числа частиц. Модель желе. Структура оболочек кластера. Гигантские резонансы в спектре поглощения. Коллективные эффекты в кластерах. Расщепление пика плазменного резонанса.