Целями освоения дисциплины «Английский язык» являются:

    • обеспечить выпускников магистратуры владением иностранным языком как средством делового общения для решения профессиональных задач в соответствии с видами профессиональной деятельности, предусмотренных ФГОС ВО по данному направлению подготовки;
    • повышение исходного уровня владения иностранным языком, достигнутого на предыдущей ступени образования, и формирование способности и готовности к межкультурной коммуникации в профессиональной сфере;
    • повышение уровня учебной автономии, способности к непрерывному самообразованию, к работе с мультимедийными программами, электронными словарями, иноязычными ресурсами сети Интернет с целью развития умения самостоятельно приобретать знания для осуществления профессиональной коммуникации на иностранном языке.

Общая трудоемкость дисциплины: 4 зачетных единиц.

Форма промежуточной аттестации: экзамен.

Термодинамика и основы статистической физики

Автор программы: доцент, д. ф.-м. н., Синицын В.В.

Цель дисциплины: дать студенту систематическое изложение статистической физики вместе с термодинамикой, и обучить соответствующим методам, основанных на статистическом и феноменологическом рассмотрении различных физических явлений, включая наносистемы и системы с низкой размерностью.

Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления, умения ставить и решать задачи по статистической физике и термодинамике сложных систем, понимание общих термодинамических и статистических закономерностей макроскопических и наносистем, свободно владеть основными определениями и терминологией в рамках данного курса.

Краткое содержание дисциплины:

1

Основные положения термодинамики. Первый закон термодинамики, второй закон термодинамики, основное уравнение термодинамики для равновесных процессов, энтропии, парадокс Гиббса.

2

Второе начало термодинамики для неравновесных процессов. Пределы применимости второго закона термодинамики. Третий закон термодинамики. Следствия третьего закона термодинамики. Вычисление энтропии и поведение теплоемкостей при Т→0 К.

3

Термодинамические потенциалы. Преобразование Лежандра. Якобианы. Соотношения Максвелла. Термодинамические системы.

4

Условия термодинамического равновесия и устойчивости. Условия равновесия двухфазной однокомпонентной системы. Принцип Ле Шателье – Брауна.

5

Термодинамика гальванических и топливных элементов. Охлаждение газа при обратимом и необратимом адиабатных расширениях. Эффект Джоуля—Томсона.

6

Основные уравнения термодинамики для диэлектриков. Уравнения систем в магнитном поле.

7

Равновесие гомогенной системы. Равновесие гетерогенной системы. Правило фаз Гиббса. Тройная точка. Равновесие бинарных систем. Классификация фазовых переходов. Критические и закритические явления.

8

Термодинамические свойства переохлажденной воды. Теория второй критической точки воды на основе нанокластерного модели. Аномалии удельного объема. Теплоемкости. К.Т.Р. и сжимаемости для переохлажденной воды.

9

Теория Ландау фазовых переходов второго рода. Термодинамический потенциал, энтропия, теплоемкость.

10

Фазовые переходы второго рода в сегнетоэлектриках, суперионные фазовые переходы.

11

Локальное равновесие и основное уравнение термодинамики для неравновесных процессов. Уравнения баланса и законы сохранения. Термодинамика линейных необратимых процессов. Термоэлектрические явления.

12

Распределение Гиббса. Распределение Максвелла. Свободная энергия в распределении Гиббса. Распределение Гиббса с переменным числом частиц. Статистическое определение температуры наночастицы.

13

Распределение Больцмана, свободная энергия больцмановского идеального газа, статистическое уравнение состояния идеального газа, уравнение Больцмана, кинетическая теория, статистика Больцмана, дефекты решетки.

14

Распределение Ферми, вырожденный электронный газ, теплоёмкость электронного газа. Особенности одномерного и двумерного ферми-газа.

15  

Распределение Бозе, вырожденный Бозе-газ, конденсация Бозе – Эйнштейна, теплоёмкость кристаллической решетки, классическая модель для вычисления энергии решетки, модель Эйнштейна, модель Дебая (низкие температуры), флуктуации энергии.

Общая трудоемкость дисциплины: 4 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: экзамен, зачет.

Автор программы: д. ф.-м. н., Антонов В.Е.

Целью дисциплины является дать слушателям систематическое описание физических свойств кристаллов, допускающих тензорное представление, термодинамических соотношений между этими свойствами и их связи с точечной группой симметрии кристалла.
Задачи: владеть и уметь использовать основные определения и закономерности, излагаемые в рамках данного курса, по таким разделам как: пьезоэлектричество, упругость, явления переноса.

Краткое содержание дисциплины:

1

Принцип Неймана. Точечные группы симметрии. Ограничения, накладываемые трансляционной симметрией на порядок поворотных осей. Стереогрфическая проекция. Четыре основных теоремы об умножении операций симметрии. Пример некоммутативности умножения. Теорема Эйлера и вытекающие из нее ограничения на сочетания осей симметрии.

2

Кристаллические категории, системы и сингонии. Элементарный параллелепипед, стандартные обозначения и установки. Символы Германа-Могена. Обозначения точечных групп симметрии. Порождающие, координатные и диагональные элементы симметрии. Вывод и описание 32 точечных групп симметрии. Группы Кюри.

3

Скаляры, векторы и тензоры второго ранга. Ортогональные преобразования. Различие между преобразованиями матрицы (aij) и тензора [Tij]. Симметричные и антисимметричные тензоры. Характеристическая поверхность второго порядка. Приведение к главным осям.

4

Влияние симметрии кристаллов на их свойства, описываемые тензорами второго ранга. Величина, характеризующая свойство в данном направлении. Физические свойства кристалла и геометрические свойства характеристической поверхности: длина радиус-вектора, свойство радиус-вектора и нормали.

5

Ортогональные преобразования и тензоры второго ранга. Соотношения между направляющими косинусами aij. Переходы между правой и левой системой координат и значение детерминанта матрицы преобразования |aij|. Векторное произведение. Полярные и аксиальные векторы. Главные оси тензора. Построение окружности Мора: поворот вокруг главных осей, поворот вокруг произвольной оси. Эллипсоид значений тензора.

6

Парамагнитная и диамагнитная восприимчивость. Энергия намагничивания кристалла. Момент сил, действующий на кристалл в однородном магнитном поле. Магнитная восприимчивость порошка.

7

Электрическая поляризация. Различия между электрической поляризацией и намагниченностью. Соотношение между D, E и P в плоском конденсаторе. Энергия поляризованного кристалла. Электростатическое поле в однородном анизотропном диэлектрике. Пироэлектричество.

8

Тензор напряжений. Понятие напряжения. Доказательство того, что компоненты напряжения σij образуют тензор. Поверхность напряжений. Частные формы тензора напряжений. Различие между тензором напряжений и тензорами, описывающими свойства кристалла.

9

Тензор деформаций. Одномерная, двумерная и трехмерная деформация. Особенности однородной трехмерной деформации. Обобщение на случай неоднородной деформации. Деформация и симметрия кристалла. Тепловое расширение.

10

Пьезоэлектричество. Тензоры третьего ранга. Прямой и обратный пьезоэлектрический эффект. Симметрия тензора пьезоэлектрических модулей и число независимых модулей. Матричные обозначения. Уменьшение числа независимых модулей из-за ограничений, налагаемых симметрией кристалла. Метод Фуми. Характеристические поверхности.

11

Упругость. Тензоры четвертого ранга. Закон Гука. Матричные обозначения. Энергия деформированного кристалла. Дополнительные ограничения, налагаемые симметрией кристалла на упругие константы. Теорема Германа. Соотношения между напряжениями и деформациями для изотропных материалов.
Характеристические поверхности и модуль Юнга. Объемная и линейная сжимаемости кристалла. Соотношения между податливостями и жесткостями.

12

Термодинамика равновесных свойств кристаллов.
Диаграмма соотношений между тепловыми, электрическими и механическими свойствами кристаллов. Термодинамика тепловых, электрических и упругих свойств. Главные и сопряженные эффекты. Теплота деформации и термические напряжения. Соотношения между коэффициентами, измеренными при различных условиях. Первичный и вторичный пироэлектрические эффекты.

13

Процессы переноса. Тензор [kij] коэффициентов теплопроводности Тепловой поток через плоскую пластинку, вдоль длинного стержня и от точечного источника. Электропроводность. О симметричности тензора [kij]. Термодинамическое рассмотрение. Принцип Онзагера.

Общая трудоемкость дисциплины: 2 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: зачет с оценкой.

Нано-биотехнологии для энергетики, оптоэлектроники и биомедицины

Автор программы: доцент, к. ф.-м. н., Классен Н.В.

Цель дисциплины: дать студенту систематическое изложение методов формирования  наноструктур из неорганических и органических компонентов,, особенностей  физических и химических свойств композиционных нано-биоструктур по сравнению с объемными материалами и наиболее перспективных способов их практических применений, а также обучить  новым подходам к созданию материалов, конструкций, приборов и устройств на основе нано-био-технологий.
Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления применительно к наномасштабным объектам, умения ставить и решать задачи по анализу явлений в наноструктурах неорганического, органического и смешанного составов и разработке методик, материалов, конструкций, устройств и приборов на основе нано-био-технологий.

Краткое содержание дисциплины:

1

Инженерные вызовы 21 века со стороны энергетики, информационной техники, оптоэлектроники и биомедицины. Необходимость увеличения производства электроэнергии. Потребности разработки альтернативных направлений энергетики и повышении экологической чистоты тепловых и атомных электростанций. Ограниченность перспектив полупроводниковой техники. Перспективы фотоэлектрических преобразователей, светодиодов, оптоволоконной связи, и оптоэлектронной вычислительной техники на базе нано-био-технологий. Проблемы биомедицины по части онкологии, борьбы с инфекциями, генетическими заболеваниями, репарации поврежденных органов,  экологических опасностей  и новые подходы к этим проблемам на базе нано- био-технологий.

2

Недостатки тепловой электроэнергетики: низкий КПД, загрязнение атмосферы. Неизбежность использования теплоэнергетики в 21 веке. Пути улучшения параметров теплоэнергетики: повышение температуры в камере сгорания, каталитическая генерация сингаза и двухступенчатое использование тепловой энергии в паровой и газовой турбине; улучшение теплоотдачи в теплообменниках; утилизация углекислого газа с каталитическим синтезом метанола. Возможности  решения этих задач с помощью нано-био-технологий.

3

Недостатки атомной энергетики: низкий КПД, загрязнение среды радиоактивными отходами, трудоемкость получения обогащенного урана. Роль нано-био-технологий в  решении этих проблем. Повышение эффективности теплообмена; прямое преобразование радиации в электричество; разработка радиационно – прочных конструкционных наноматериалов; создание быстродействующих  радиационных детекторов для прецизионного регулирования атомных реакторов, совершенствование реакторов на быстрых нейтронах, экранирующая и восстанавливающая защита живых систем от радиационных воздействий.

4

Солнечная энергетика как альтернатива тепловой и атомной. Возможности решения проблем снижения ее себестоимости, повышения КПД, ослабления зависимости от сезонных и суточных условий через нано- и био- технологии. Использование особенностей фотоэлектрических процессов в наноструктурах, использование наноструктурных суперконденсаторов и их комбинаций с солнечными батареями, применение органических и биоорганических компонентов в солнечных преобразователях. Повышение радиационной прочности органики наночастицами.

5

Перспективы и проблемы термоядерной энергетики. Необходимость разработки нового поколения жаропрочных и радиационно – стойких материалов. Использование нанострукутрных материалов для этой цели. Создание наноструктурированных сенсоров для контроля работы термоядерного реактора и его оптимизированного управления. Перспективы создания  прямых преобразователей нейтронного потока в электричество на комбинированных структурах из органических молекул и наночастиц.

6

Развитие водородной энергетики и возможности повышения ее технико-экономических параметров с помощью нанотехнологий (повышение удельной мощности топливных элементов  за счет усиления  диффузионных потоков   рабочих газов, каталитическая генерация метана и метанола из биокомпонентов и двуокиси углерода на наноструктурах и др.).

7

Ограниченность возможностей дальнейшей миниатюризации микроэлектронной техники для  неорганических полупроводниках.  Принципиальные возможности формирования логических и других компонентов микросхем на органических и биоорганических молекулах. Перспективы  перехода от передачи сигналов переносом электрического заряда к оптической связи. Для повышения быстродействия и устранения перегрева. Способы управления фотонными потоками в нано- и биоструктурах с помощью фотонных кристаллов и метаматериалов. Использование этих способов в оптоволоконной связи и компьютерной технике.

8

Перспективы использования биомолекулярной элементной базы в вычислительных устройствах. Возможности формирования запоминающих и передающих устройств  на ДНК, белках, нейронах  и других биокомпонентах.

9

Перспективы формирования квантовых компьютеров на неорганических наноструктурах. Использование электронных квантовых точек и квантовых ям, спинтроники, джозефсоновских  сверхпроводящих структур. Сопоставление перспектив оптических и  квантовых компьютеров на неорганических и биоорганических компонентах.

10

Формирование рентгеновской микроскопики неорганических и органических систем на наноструктурах. Возможности отслеживания передачи сигналов по нейронным системам. Перспективы  расшифровки принципов работы рецепторных, управляющих и логических нейросистем с помощью рентгеновской, электрической и оптической микроскопики их функционирования. Современные представления о биологических процессах обработки информации. ДНК-компьютинг.

11

Актуальность развития биосенсорики биомедицины и экологии путем  раннего выявления инфекционных и неинфекционных патогенов в организме и  окружающей среде. Развитие биосенсоров на наноструктрах. Использование фотонных и электронных  нанорезонаторов для биосенсорики одиночных биомолекул.

12

Развитие биомедицины для улучшения качества жизни в 21-м веке. Перспективы подхода к анализу живых организмов как инженерных объектов на основе накопленных знаний о структуре и свойствах нано- и биосистем, прогресса диагностической и компьютерной техники. Возможности преобразования медицины в инженерную науку. Исследования структуры и свойств компонентов живых систем (белков, ДНК, хитозана, неорганических нанокомпонентов и др.) как основа биомедицинской инженерии. Прогресс в диагностике живых систем (рентгеноскопия, томография, электроскопия и др.) как следствие получения новых знаний о природе материалов и разработки нано-био-технологий. Перспективы новых методик функциональной диагностики и инженерной терапии живых организмов.

13

Развитие материаловедения компонентов живых систем. Кристаллизация белков и ДНК в композициях с хитозаном и неорганическими наночастицами, Исследования свойств  биокомпонентов как фактор прогресса в биомедицине и  применений нанобиоструктур в технологиях  новых приборов и устройств. Моделирование и изучение организмов как электромеханических систем. Перспективы использования знаний об электромеханических процессах  в живых системах для разработки устройств альтернативной энергетики, а также систем переработки и передачи информации.

14

Развитие знаний об электрических процессах в живых системах. Новые экспериментальные данные о пьезоэлектрических, сегнетоэлектрических и электропроводящих свойствах ДНК, белков и других биокомпонентов живых систем.  Роль электрических процессов в функционировании организма.. Низкочастотные электрические резонансы как фактор обмена информацией между удаленными биокомпонентами и способ регулирования их морфологии и структуры. Представление об организме как мультирезонансной системе. Возможности разработки новых диагностических и терапевтических методик на основе низкочастотных электрических резонансов в биокомпонентах организма.

15  

Исследования возможностей восстановления разрушенных или изношенных биотканей действующего организма управляемым внутритканевым формированием биомолекулярных из композиций биомолекул и наночастиц с помощью регулируемых электрических, акустических и лазерных воздействий (кости, суставы,  хрящевые прослойки,.мышцы, сухожилия и др.). Перспективы корректирующих оптических и электрических воздействий на нейросистему.

 

Общая трудоемкость дисциплины: 2 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: зачет.

Автор программы: доцент, к. ф.-м. н., Классен Н.В.

Цель дисциплины: дать студенту систематическое изложение методов формирования  наноструктур, особенностей их физических и химических свойств по сравнению с объемными материалами, наиболее перспективных способов их практических применений, а также обучить принципиально новым подходам к созданию материалов, конструкций, приборов и устройств на основе нанотехнологий.
Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления применительно к наномасштабным объектам, умения ставить и решать задачи по анализу явлений в наноструктурах и разработке методик, материалов, конструкций, устройств и приборов на основе нанотехнологий.

Краткое содержание дисциплины:

1

Предмет «Нанотехнологии» как междисциплинарная область знаний, совмещающая достижения физики конденсированного состояния, физики поверхности, химии коллоидных систем, биофизики, биохимии, оптики и спектроскопии, микроэлектроники. История нанотехнологий и экологическая востребованность перехода от «серых» технологий к «зеленым».

2

Два подхода к формированию неорганических наномасштабных структур: сборка от отдельных атомов к молекулам, их кластерам и агломератам и от монолитных макроматериалов диспергированием до отдельных наночастиц. Газофазный и плазмохимический синтез, осаждение из коллоидных растворов, термодиффузия, терморазложение и термовосстановаление, механосинтез.

3

Детонационный и электровзрывной синтез, синтез оксидов в жидких металлах, саморастпространяющийся высокотемпературный синтез. Использование  термодиффузии, электрического взрыва, лазерной абляции, кавитационного диспергирования.

4

Получение компактных нанокристаллических материалов. Осаждение на подложку, кристаллизация аморфных сплавов, интенсивная пластическая деформация, превращения порядок – беспорядок, локальное пластическое деформирование приповерхностных слоев.

5

Формирование наноразмерных жидких и твердых композиций из неорганических наночастиц, органических и биоорганических мономеров и полимеров. Образование мицелл, глобул, наноцепочек, углеродных фуллеренов и нанотрубок как полых, так и с различными видами
атомно – молекулярных наполнителей.

6

Способы формирования тонких пленок и наночастиц на подложках по типу квантовых ям и квантовых точек. Использование биополимеров как темплатов и стабилизаторов для формирования одномерных, двумерных и трехмерных неорганических наноструктур.

7

Оптическая, просвечивающая и сканирующая электронные микроскопии в диагностике наноструктур. Новые виды сканирующей микроскопии (атомно-силовая, туннельная, ближнепольная  оптическая). Использование рентгеновской дифракции, фотокрреляционной спектроскопии и седиментации для определения размеров наночастиц.

8

Особенности  термодинамических, химических и механических свойств  нанодисперсных частиц, их агломератов и нанозеренных керамик и поликристаллов. Усиление роли поверхностей раздела в наноструктурах. Адсорбция и десорбция. Неравновесность наноструктур и способы их стабилизации.

9

Особенности электронных свойств квантовых точек, одномерных и двумерных наноструктур на основе металлических полупроводниковых и диэлектрических материалов. Плазмонные резонансы, квантовый эффект Холла, линейный закон электронной дисперсии графена.

10

Особенности оптико – спектральных характеристик квантовых точек, квантовых проволок и квантовых ям полупроводниковых и металлических составов. Гигантское комбинационное рассеяние органических молекул, адсорбированных металлическими наночастицами.

11

Синергетическая самоорганизация. Процессы упорядочения  наноструктур при формировании коллективов из неорганических и органических нанокомпонентов с помощью лазерного, электрического и акустического воздействий.

12

Особенности нанотехнологий биоморфных систем. Проявления естественных нанотехнологий в биологических структурах растительного и животного происхождения.

13

Формирование наноструктур для электронных и опто-электронных систем методами ионного облучения, рентгеновской и электронно – лучевой литографии, плазмохимической обработки, молекулярно-лучевой эпитаксии

14

Перспективы применения нанотехнологий в электронных и оптоэлектронных схемах, биосенсорике, радиационных детекторах, преобразователях ионизирующих излучений в электричество.

15  

Перспективы применения нанотехнологий в несущих конструкциях, установках с высокотемпературными и химически агрессивными средами, инструментальной технике. Повышение эффективности каталитических  процессов с использованием наночастиц

Общая трудоемкость дисциплины: 2 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: экзамен.

Целями освоения дисциплины «Философские вопросы естествознания» являются научить:

  1. понятиям и общим проблемам философии естествознания, логике исторического развития науки, ее взаимодействия с социокультурным контекстом человеческого бытия;
  2. дать представление о проблемах кризиса современной техногенной цивилизации и глобальным тенденциям смены научной картины мира, типах научной рациональности, системах ценностей научного творчества;
  3. сформировать навыки анализа основных мировоззренческих и методологических проблем современной науки и тенденций ее развития.

Краткое содержание дисциплины:

1

Предмет и основные концепции современной философии естествознания

2

Наука в культуре современной цивилизации

3

Возникновение науки  и основные стадии её исторической эволюции

4

Структура научного знания. Динамика науки как процесс порождения нового знания

5

Научные традиции и научные революции. Типы научной  рациональности 

6

Современный этап развития науки. Научно-технический прогресс. Наука как социальный институт

7

Философские вопросы математики и физики

8

Философские вопросы химии и техники

9  

Философские вопросы биологии и медицины

Общая трудоемкость дисциплины: 4 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: экзамен.

Автор программы: доцент, к. ф.-м. н., Рыжкин И. А.

Цель дисциплины: дать студенту систематические знания основных разделов современной физики твердого тела, познакомить с основными моделями и методами, необходимыми для дальнейшей самостоятельной работы.
Задачи: развитие у студентов навыков физического мышления, умения ставить и решать задачи, свободно владеть основными определениями и терминологией в рамках данного курса, а также умения чтения и критического анализа научных публикаций по теме курса.

Краткое содержание дисциплины:

1

Типы связи конденсированных сред: ионная, металлическая, ковалентная, водородная и молекулярная связи.

2

Классификация конденсированных сред по типу порядка: кристаллы, аморфные материалы, жидкости, жидкие кристаллы, квазикристаллы, фуллерены и нанотрубки, структуры с топологическим параметром порядка.

3

Структура кристаллов: 2D и 3D  решетки Браве, трансляционные, точечные и пространственные группы, обратные решетки, рассеяние рентгеновских лучей, нейтронов и электронов в периодических структурах.

4

Колебания решетки, фононы, фононная теплоемкость и теплопроводность кристаллов. Неустойчивость  1D и 2D решеток. Особенности тепловых свойств аморфных материалов, теория двухуровневых систем.

5

Квантовая механика частицы в периодическом потенциале, теорема Блоха, функции Блоха и Ваннье, квазиимпульс, плотность состояний, метод почти свободных электронов и метод сильной связи.

6

Метод эффективной массы для описания движения электронов, влияние дефектов на электронный  спектр, поверхностные состояния.
Динамика Блоховских электронов, невзаимодействующие электроны в электрическом и магнитном поле, квантование Ландау.

7

Спин-орбитальное взаимодействие, его влияние на электронный спектр, уравнение Дирака. Топологические свойства зонной структуры и топологические изоляторы.

8

Электронный транспорт, уравнение Больцмана, метод функций Грина, квантовый транспорт в низко размерных и ограниченных системах, баллистический транспорт и локализация.

9

Много частичные системы, метод вторичного квантования, фермионы и бозоны. Сильно коррелированные системы, концепция квазичастиц: фононы, электроны, экситоны, магноны, анионы и другие.

10

Магнетизм атомов и молекул, виды магнитного взаимодействия, ферро-магнетизм, спиновые стекла и спиновый лед, модели Изинга и Гейзенберга, спиновые волны, образование доменов.

11

Магнитные свойства металлов, диамагнетизм, парамагнетизм, модель Хаббарда, спиновый лед и спиновая  жидкость, магнитные монополи в спиновом льде.

12

Сверхпроводимость, модель Гинзбурга-Ландау, теория БКШ и метод Боголюбова, два вида сверхпроводников (I и II рода), абрикосовские вихри, эффект Джозефсона.

13

Эффект Холла, квантовый эффект и, дробный квантовый эффект Холла, топологический параметр порядка.

14

Конденсация Бозе-Эйнштейна, незапутанные и запутанные много частичные состояния.

Общая трудоемкость дисциплины: 4 зачетные единицы.

Форма промежуточной аттестации: экзамен.