Основные учебные курсы
для студентов Химического факультета МГУ

Элементы строения вещества

VI семестр

Темы лекций

Молекулярно-кинетические свойства вещества.

1. Ансамбль частиц. Макроскопические свойства ансамбля. Флуктуации. Идеальный газ. Уравнение состояния. Распределение Максвелла-Больцмана. Квантовый ансамбль частиц. Статистика Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. Плотность состояний.

2. Реальный газ. Уравнение состояния реальных газов. Критическое состояние. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение  газов. Сверхнизкие температуры. Взаимодействие между частицами. Межмолекулярные силы. Гамильтониан системы взаимодействующих частиц. Конфигурационный интеграл.

3. Понятие о приближенных методах статистического описания ансамбля взаимодействующих частиц- вириальное разложение, метод корреляционных функций, решеточные методы.        

4. Жидкое состояние. Силы взаимодействия между молекулами жидкости. Ближний порядок. Движение молекул в жидкости; представления Френкеля, динамические аналоги.   Радиальная функция распределения. Понятие о теоретических подходах описания состояния жидкости. Поверхность жидкости, эллипсометрия. Жидкие кристаллы. Молекулярные кристаллы. Пленки Ленгмюра-Блоджетт. Аморфные твердые тела.

5. Кристаллы. Дальний порядок в упаковке атомов. Симметрия. Типы связей. Колебания атомов в кристалле, оптические и акустические фононы. Квантовая теория теплоемкости твердых тел Эйнштейна и Дебая. Упругие свойства твердых тел. Основные виды упругих деформаций.

6.   Дефекты кристалла.   Блочная структура. Дислокации и их движение.   Основные типы точечных дефектов в кристалле. Статистика дефектов. Современные методы исследования поверхности твердых тел: электронная, полевая, ионная микроскопия; дифракция медленных электронов, туннельная и атомная силовая сканирующая микроскопия.

Электронные свойства вещества.

7. Электронное строение твердого тела. Свободный электронный  газ Ферми. Плотность состояний. Энергия Ферми. Зонная модель твердого тела. Металлы, полупроводники и диэлектрики.

8. Металлы. Механизм электропроводности. Эффект Холла,  определение концентрации электронов. Термоэлектронная эмиссия, работа выхода. Понятие о сверхпроводимости металлов. Высокотемпературная сверхпроводимость.

9. Полупроводники. Электроны и дырки. Понятие об эффективной массе носителей заряда. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Энергия Ферми. Собственные и примесные полупроводники. Электропроводность полупроводников. Процессы генерациии и  рекомбинации электронов и дырок, неравновесные носители заряда. Взаимодействие электронов с колебаниями решетки, поляроны, акустоэлектронные явления.

10. Явления в контактах. Контактная разность потенциалов. ТермоЭДС. Контакт металл-полупроводник (барьер Шоттки), р-n-переход, выпрямители. Инжекция носителей в полупроводник, понятие о работе транзистора.

11. Магнитные свойства вещества. Диамагнетизм атомов и молекул, формула Ланжевена. Парамагнетизм,  закон Кюри. Спиновый и орбитальный магнетизм атомов. Нормальный и аномальный, эффект Зеемана. Явление электронного и  ядерного магнитного резонанса, исследование свойств вещества методом ЭПР и ЯМР.   

12. Ферромагнетизм твердых, тел. Магнитный порядок, ферро-, антиферро- и ферримагнетизм. Доменная структура. Ферриты и их применение.

13. Диэлектрики. Диэлектрическая проницаемость и поляризуемость диэлектриков. Понятие о тензоре поляризуемости. Формула Клаузиуса-Моссоти-Дебая. Определение дипольных моментов молекул. Поведение диэлектриков в высокочастотных электрических полях. Диэлектрические потери, времена релаксации. Сегнетоэлектрики. Электреты и их применение.

Взаимодействие вещества с электромагнитными волнами.

14. Показатель преломления вещества. Поглощение электромагнитных волн. Нормальная и аномальная дисперсия световых волн. Рассеяние света. Понятие о нелинейной оптике. Нелинейная поляризация вещества. Явление самофокусировки, генерация гармоник. Вынужденное рассеяние света, использование этого явления для исследования вещества.

15. Электронные переходы в твердом теле, вызванные электромагнитным излучением. Внешний фотоэффект в металлах и полупроводниках; красная граница фотоэффекта. Внутренний, фотоэффект, примесная и  собственная фотопроводимость, экситоны. Люминесценция твердых тел. Принцип работы оптических квантовых генераторов, основные виды лазеров и их применение.

Литература

1. Полторак О.М. Лекции по химической термодинамике. Высшая школа, М., 1971.
2. Рейф Ф. Статистическая физика (Берклиевский курс физики. т.5. Наука, М. , 1972.
3. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. Высшая школа, М., 1981.
4. Савельев И.В. Курс общей физики. т.3. Наука, М., 1979.
5. Киттель Ч. Элементарная физика твердого тела. Наука. М., 1965.
6. Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. Изд. МГУ, 1976.
7. Стильбанс Л.С. Физика полупроводников. Наука, М., 1967.