МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА»
(ВГУЭС)
Кафедра электроники
ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА
В АСПИРАНТУРУ
по научной специальности
01.04.07
|
|
Физика конденсированного состояния
|
Шифр
|
|
наименование научной специальности
|
для аспирантов всех форм обучения
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Общая физика
I
Движение материальной точки и системы материальных частиц в механике Ньютона. Интегралы движения и законы сохранения. Движение в центральном поле. Общее решение задачи 3-х тел в квадратурах. Упругое рассеяние частиц. Формула Резерфорда.
Движение при наличии связей. Уравнения Лагранжа 1-го и 2-го рода. Интегралы движения и законы сохранения. Принцип наименьшего действия. Теорема Нетер. Собственные (линейные) колебания механических систем. Нормальные координаты. Нелинейные колебания. Функция Лагранжа твердого тела. Тензор инерции.
Канонические уравнения (Гамильтона). Скобки Пуассона. Канонические преобразования. Метод Гамильтона-Якоби. Адиабатические инварианты.
Замкнутая система уравнений гидродинамики. Тензоры деформаций и напряжений. Интегралы Бернулли и Коши. Уравнение Навье-Стокса для вязкой жидкости. Ударные волны.
Литература
1. Теоретическая механика: учебное пособие для студентов вузов / В. Н. Тарасов, И. В. Бояркина, В. Коваленко и др. - М.: ТрансЛит, 2010. - 560 с. : ил.
2. Ландау Л.Д.и Лифшиц Е.М. Механика. - М.: Hayка,1988.
3. Теоретическая механика: учебник для студентов вузов / Н. Г. Васько, В. А. Волосухин, А. Н. Кабельков, О. А. Бурцева. - Ростов н/Д : Феникс, 2012. - 302 с. : ил.
4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. - М.: Наука, 1988.
5. Кудинов А.А. Гидрогазодинамика: учебное пособие для студентов вузов / А.А. Кудинов. - М.: ИНФРА-М, 2011. - 336 с.
II
Tepмодинамические (ТД) потенциалы и их свойства. Условия ТД-равновесия и устойчивости. Фазовые переходы.
Смешанное состояние. Матрица плотности. Канонические распределения Гиббса. Переход к статистической механике классических систем. Идеальный и неидеальный газ. Вириальное разложение. Системы с кулоновским взаимодействием. Дебаевское экранирование. Идеальные газы Ферми иБозе и их ТД-свойства. Теплоемкость двухатомного газа. Равновесное излучение. Формула Планка. Теплоемкость твердых тел по Дебаю.
Квази-ТД теория флуктуаций. Случайный стационарный марковский гауссовский процесс и его временная корреляционная функция. Уравнение Смолуховского и уравнение Фоккера-Планка.
Кинетические уравнения Больцмана. Н-теорема. Уравнение Власова. Плазменные волны. Затухание Ландау.
Литература
1. Физика. Молекулярная физика. Термодинамика: учебник для студ. вузов / Ю. Н. Тюрин, И. П. Чернов, Ю. Ю. Крючков. - СПб.: Лань, 2008. - 288 с.: ил.
2. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория равновесных систем. М., Изд-во МГУ, 1991
3. И. А. Квасников. Теория неравновесных систем. М., Из-во МГУ, 1987
4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. - М.: Наука, 1988
III
Уравнения Максвелла в вакууме. Уравнения для потенциалов при калибровке Лоренца. Разложение потенциалов электромагнитного поля для стационарных систем по мультиполям. Решение уравнений для потенциалов в виде запаздываюших потенциалов.
Излучение электромагнитных воли в электрическом дипольном приближении, интенсивность и угловое распределение, поляризация. Радиационное трение. Рассеяние электромагнитных волн на зарядах.
Законы преобразования плотностей заряда и тока, потенциалов и полей при преобразованиях Лоренца. Преобразования частоты и волнового вектора электромагнитной волны, эффект Допплера. Законы преобразования энергии и импульса, связь энергии, импульса, массы и скорости релятивистской частицы. Функции Лагранжа для электромагнитного поля при заданных зарядах и токах. Уравнение движения релятивистскойзаряженной частицы во внешнем электромагнитном поле.
Уравнения Максвелла в среде, материальные уравнения и граничные условия. Пространственная и временная дисперсии. Закон сохранения энергиив электродинамике покоящихся тел.
Квазистационарное приближение в макроскопической электродинамике, основные уравнения и границы применимости. Скин-эффект.
Дисперсия диэлектрической проницаемости, физический смысл комплексной диэлектрической проницаемости. Формула Крамерса-Кронига. Излучение Вавилова-Черенкова.
Литература
1. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы: учебное пособие [для студентов вузов] / И. Е. Иродов. - 4-е изд. - М.: БИНОМ : Лаборатория знаний, 2010. - 207 с.
2. Пименов Ю.В. Линейная макроскопическая электродинамика: вводный курс для радиофизиков и инженеров: учебное пособие для студ. вузов / Ю. В. Пименов. - Долгопрудный: Интеллект, 2008. - 536 с.
3. Седов Л.И. Механика сплошной среды: учебник для вузов в 2-х т. Т. 1. / Л. И. Седов. - 6-е изд., стереотип. - СПб. : Лань, 2004. - 528 с.
4. Джексон Дж. Классическая электродинамика. - М., Мир, 1965.
5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. - М.: Наука, 1973.
6. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. - М.: Наука, 1982.
IV
Основы электромагнитной теории света. Волновое уравнение. Энергия и импульс оптических волн, световое давление. Поляризация света.
Интерференция света. Временная и пространственная когерентность. Интерферометры.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля, интеграл Кирхгофа. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Спектральные приборы. Дифракционная теория формирования изображений.
Дисперсия света. Рассеяние света. Распространение оптических волн в анизотропных средах.
Основы теории излучения. Законы теплового излучения конденсированных сред, формула Планка. Излучение света атомами и молекулами. Двухуровневая система, спонтанные и вынужденные переходы. Усиление света, лазеры.
Нелинейно-волновые явления: генерация гармоник и комбинационныхчастот, самовоздействие.
Литература
Маскевич А.А. Оптика: учеб. пособие для студентов вузов / А. А. Маскевич. - Минск; М.: Новое знание: ИНФРА-М, 2012. - 656 с.
Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы: учебное пособие для студ. вузов / И. Е. Иродов. - 4-е изд. - М. : БИНОМ : Лаборатория знаний, 2007. - 263 с.
Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976.
V
Постоянная Планкаи ее экспериментальное определение. Опыт Штерна и Герлаха. Уравнение Шредингера и его свойства. Законы изменения и сохранения физических величин. Принцип неопределенности Гейзенберга. Чистые и смешанные состояния, матрица плотности, определение физических величин в чистом и смешанном состояниях. Энергетические спектры гармонического осциллятора и атома водорода в нерелятивистском приближении; спектр углового момента. Туннельный эффект.
Первый порядок теории возмущений в отсутствии и при наличии вырождения. Эффект Штарка. Сечение упругого рассеяния частиц в борновском приближении. Роль обменных эффектов при рассеянии тождественных частиц.
Гамильтонова и ковариантная форма уравнения Дирака, его свойства. Тонкая структура атома, лэмбовский сдвиг уровней, эффект Зеемана.
Система тождественных частиц, симметричные и антисимметричные состояния. Молекула водорода, силы Ван-дер-Ваальса.
Вторичное квантование в случае Бозе- и Ферми-частиц; оператор Гамильтона в представлении вторичного квантования. Вторичное квантование свободного электромагнитного поля; интенсивности излучения и поглощения фотонов в дипольном приближении. Простейшие диаграммы Фейнмана и сопоставление им матричных элементов. Вращательные,колебательные и электронные спектры молекул.
Литература
1. Основные положения квантовой механики / Ф. А. Кемпфер ; пер. с англ. Ю. В. Конобеева, В. А. Павлинчука ; под ред. и с предисл. Д. А. Киржница. - 2-е изд., стереотип. - М. : КомКнига, 2007. - 392 с
2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. - М.: Физматгиз, 1974.
3. Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики: учебное пособие / Д. И. Блохинцев. - 7-е изд., стереотип. - СПб. : Лань, 2004. - 672 с.
4. Атомная физика. Теоретические основы и лабораторный практикум: учебное пособие для студентов вузов / [авт.: В. Е. Граков и др.] ; под ред. А. П. Клищенко. - Минск: М.: Новое знание: ИНФРА-М, 2011. - 333 с.
VI
Опыт Резерфорда. Состав, размер и форма ядра. Энергия связи ядра. Энергия отделения нуклонов. Альфа-, бета- и гамма-радиоактивность. Синтез и деление ядер. Ядерная энергия. Свойства нуклон-нуклонного взаимодействия. Изоспин. Модель ядерных оболочек. Одночастичные и коллективные возбуждения ядра.
Ядерные реакции. Прямые реакции и составное ядро. Ускорители и детекторы частиц.
Элементарные частицы. Классификация и систематика частиц. Фундаментальные взаимодействия. Их константы, радиусы и переносчики.
Сильные взаимодействия. Адроны. Кварки. Кварковая структура адронов. Глюоны. Слабые взаимодействия и нейтрино.
Дискретные симметрии. Зарядовое сопряжение, пространственная инверсия, обращение времени (С. Р. и Т).
Объединение взаимодействий. Эволюция и состав Вселенной. Космические лучи.
Литература
1. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика, кн.1.2., М., Энергоатомиздат, 1993.
2. Ишханов Б.С. Ядерная физика (конспект лекций) / Б.С.Ишханов, И.М.Капитонов, В.И.Мокеев. –М.: МГУ, 1980.
3. Ишханов Б.С. Ядерная физика. ч.2 / Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, В.И. Мокеев. – М.: МГУ, 1981
4. Д.Блан. Ядра, частицы, ядерные реакторы. - М., Мир,1989.
Физика конденсированного состояния
VII
1. Кристаллическая решетка, фононы
1.1. Простые и сложные кристаллические решетки. Прямая и обратная решетки кристалла. Зоны Бриллюэна.
1.2. Природа сил взаимодействия атомов в кристалле. Колебания и волны в простой решетке. Нормальные координаты, фононы. Взаимодействие фононов.
1.3 Тепловые свойства решетки. Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность, параметр Грюнайзена.
2. Нормальные и квантовые жидкости. Сверхтекучесть
2.1. Нормальные жидкости. Элементарные возбуждения в нормальных жидкостях, фононы.
2.2 Квантовая бозе-жидкость. Элементарные возбуждения в квантовой бозе-жидкости. Фононы и ротоны. Сверхтекучесть.
2.3. Вырожденный почти идеальный бозе-газ. Преобразование Боголюбова. Волновая функция конденсата.
3. Электронные состояния
3.1. Электрон в периодическом поле. Теорема Блоха. Приближение почти свободных и сильносвязанных электронов.
3.2. Металлы, диэлектрики и полупроводники.
3.3. Локализованные состояния электрона в кристалле. Функции Ванье. Движение электрона в поле примеси. Экситоны. Поляроны.
3.4. Статистическое равновесие свободных электронов в металлах и полупроводниках. Поверхность Ферми. Плотность состояний. Концепция квазичастиц. Ферми-жидкость.
3.5. Теплоемкость свободных электронов в металлах и полупроводниках.
3.6. Полупроводниковые кристаллы, собственная и примесная проводимость. Полупроводниковые приборы.
4. Неупорядоченные системы
4.1. Точечные дефекты кристаллической решетки. Статистика дефектов. Процессы рекомбинации на дефектах решетки.
4.2. Локализованные колебания решетки, локальные моды. Электрон-фононное взаимодействие на дефектах кристаллической решетки.
4.3. Локализованные состояния электрона в неидеальной решетке. Локализация Андерсона. Длина локализации. Плотность состояний.
4.4. Явления переноса в неупорядоченной решетке. Перенос по распространенным состояниям. Вероятность перескока. Перескоки постоянной и переменной длины. Проводимость в примесных зонах и в аморфных полупроводниках.
4.5. Спиновые стекла. Теплопроводность и теплоемкость стекол.
5. Кинетические свойства металлов и полупроводников
5.1. Проводимость и теплопроводность. Концепция длины свободного пробега.
5.2. Процессы рассеяния. Рассеяние на примесях. Рассеяние на фононах. Процессы переброса.
5.3. Гальваномагнитные свойства. Эффект Холла в слабом и сильном магнитных полях.
5.4. Термомагнитные и термоэлектрические явления. Термоэдс. Эффект Пельтье. Эффект Томсона.
6. Оптические свойства
Дисперсия и поглощение света кристаллами. Оптические свойства металлов и полупроводников. Межзонные переходы. Поглощение света свободными носителями.
7. Диамагнетизм и парамагнетизм
7.1. Намагниченность и восприимчивость. Восприимчивость диэлектриков с полностью заполненными оболочками. Ларморовский диамагнетизм. Правила Хунда. Восприимчивость диэлектриков с частично заполненными оболочками. Парамагнетизм.
7.2. Термодинамические свойства парамагнитных диэлектриков. Адиабатическое размагничивание.
7.3. Восприимчивость металлов. Парамагнетизм Паули. Диамагнетизм Ландау.
7.4. Эффект Де Газа - Ван Альфвена и Шубникова - Де Гааза. Измерение парамагнитной восприимчивости Паули методом ЯМР.
8. Магнетизм
8.1. Магнитные свойства двухэлектронной системы. Синглетные и триплетные состояния. Спиновый Гамильтониан, и модель Гейзенберга.
8.2. Прямой обмен, сверхобмен, косвенный обмен и обмен между делокализованными электронами.
8.3. Магнитные взаимодействия в газе свободных электронов. Модель Хаббарда. Минимум электросопротивления и теория Кондо.
8.4. Типы магнитных структур. Основное состояние Гейзенберговского ферромагнетика. Основное состояние Гейзенберговского антиферромагнетика. Спиновые волны. Домены
9. Сверхпроводимость
9.1. Эффективное взаимодействие между электронами. Куперовские пары.
9.2. Основное состояние сверхпроводника и спектр элементарных возбуждений. Температура сверхпроводящего перехода. Теплоемкость. Ядерная релаксация. Затухание ультразвука. Инфракрасное поглощение.
9.3. Уравнение Гинзбурга-Ландау. Сверхпроводники первого и второго рода. Длина когерентности и глубина проникновения. Термодинамическое критическое поле. Верхнее и нижнее критические поля. Структура Абрикосовских вихрей
9.4. Эффект Джозефсона. Квантование потока. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. Туннельные эффекты
10. Экспериментальные методы физики твердого тела
10.1. Рентгенография: методы исследования идеальной и реальной структуры
10.2. Электронография и электронная микроскопия.
10.3. Эффект Мессбауэра.
10.4. Электронный парамагнитный резонанс. Ядерный магнитный резонанс.
10.5. Электрические и гальваномагнитные измерения как методы изучения электронной структуры кристаллов и состава примесей в полупроводниках.
10.6. Оптические методы исследования, возможности, связанные с использованием лазерных источников света. Комбинационное рассеяние света.
Литература
Винтайкин Б.Е. Физика твердого тела: учебное пособие для студ. вузов, обуч. по техн. направлениям подготовки и спец. / Б.Е. Винтайкин. - 2-е изд.,стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 360 с. : ил. - (Физика в техническом университете).
Гуртов В.А. Физика твердого тела для инженеров: учебное пособие для студ. вузов / В.А. Гуртов, Р. Н. Осауленко ; науч. ред. Л. А. Алешина. - М.: Техносфера, 2007. - 520 с. : ил. - (Мир физики и техники).
Зегря Г.Г. Основы физики полупроводников: учебное пособие для студ. вузов / Г.Г. Зегря, В. И. Перель. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 336 с. : ил.
Байков Ю.А. Физика конденсированного состояния: учебник для высшей школы \ Ю.А. Байков, В.М. Кузнецов – М.: БИНОМ. Лаборатория Знаний, 2011. – 240 с.
Воронов В.К. Физика на переломе тысячелетий. Конденсированное состояние: учебник для высшей школы / В.К. Воронов, А.В. Подоплелов. – М.: Изд-во ЛКИ, 2011. – 333 с.
Ткалич В.Л. Физические основы наноэлектроники: Учебное пособие / В.Л. Ткалич, А.В. Макеева, Е.Е. Оборина. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2011. - 83 с.
Борисенко С.И. Физика полупроводниковых наноструктур Учебное пособие. - Томск, ТПУ, 2010. – 115 с.
Лебедев А.И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008 г. - 488 стр.
Гуртов В.А. Твердотельная электроника. – М.: Техносфера, 2008. – 478с.
Перлин Е.Ю. и др. Физика твердого тела. Оптика полупроводников, диэлектриков, металлов Учебное пособие. - Санкт-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2008. - 216 с.
Загрубский А.А. Структура и электронные свойства твердых тел / А.А. Загрубский, А.П. Чернова – СПб.: Изд-во СПГУ, 2007. - 119 с.
Взаимодействие электро-магнитного излучения с веществом / Ю.А. Ильинский, Л.В. Келдыш. – М.: МГУ, 1989. - 300стр.
Борисенко С.И. Физика полупроводниковых наноструктур Учебное пособие. - Томск, ТПУ, 2010. – 115 с.
Дмитриев А.В. Основы статистической физики материалов: Учебник Издательство: МГУ, 2004 г.
Чеботкевич Л.А. Физические основы технологии и формирования конденсированных сред. / Уч. пособие. – Владивосток: ДВГУ, 2001. - 264с.
|
