Введение в физику твердого тела

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.