БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И. Канта Программа вступительного экзамена по специальной дисциплине

БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И. Канта
Программа вступительного экзамена по специальной дисциплине
профиля (направленности)
физика конденсированного состояния
направления подготовки
03.06.01 – физика и астрономия
1.
Структура твердых тел: кристаллическая решетка, обратная решетка,
экспериментальные методы исследования кристаллической структуры (дифракция
рентгеновских лучей, рассеяние нейтронов), жидкие кристаллы; точечные дефекты,
дислокации, планарные дефекты, объемные дефекты, классификация твердых тел по типу
связи, химические и физические типы связи.
2.
Фазовые равновесия и переходы: фазовые переходы в физике
конденсированного состояния вещества, классификация фазовых переходов, примеры.
Структурные фазовые переходы и фазовые превращения, кристаллизация, плавление,
фазовые переходы металл-диэлектрик. Термодинамическая теория фазовых переходов в
сегнетоэлектриках. Фазовые переходы II рода. Описание перехода ферромагнетикпарамагнетик, точка Кюри.
3.
Динамика кристаллической решетки и тепловые свойства твердых тел:
фононы, фононные спектры (теория и эксперимент), ветви колебаний, взаимодействие
фононов, ангармонизм, модели Дебая и Эйнштейна, теплоемкость, тепловое расширение,
теплопроводность решетки, методы измерения фононных спектров.
4.
Электронные состояния в кристаллах: свободные электроны, теорема
Блоха, понятие псевдопотенциала, зона Бриллюэна, зонная структура твердых тел, методы
экспериментального
исследования, циклотронный резонанс, эффект де-Газа-ванАльфена, аннигиляция позитронов.
5.
Термодинамика и статистика электронов в твердых телах:
распределение Ферми для электронов, плотность состояний, электронная теплоемкость,
статистика электронов и дырок в полупроводниках, собственный полупроводник, уровень
Ферми, генерация и рекомбинация неравновесных носителей тока.
6.
Зонная структура полупроводников, диэлектриков и полуметаллов:
приближение эффективной массы, динамика электронов и дырок в полупроводниках,
полуметаллы, диэлектрики, поляроны, экситоны, контактные явления.
7.
Кинетические
свойства
твердых
тел:
электропроводность,
гальваномагнитные (эффект Холла, магнетосопротивление), термоэлектрические явления,
термомагнитные явления и термогальваномагнитные явления. Теплопроводность. Закон
Видемана-Франца, квантовый эффект Холла.
8.
Диффузия: атомная диффузия и дрейф, диффузия носителей заряда,
соотношения Эйнштейна.
9.
Спектроскопия твердых тел: ЭПР, ЯМР, ФМР, спин-спиновая и спинрешеточная релаксация, мессбауровская спектроскопия.
10.
Магнетизм: орбитальный диамагнетизм и магнетизм свободных
электронов, парамагнетизм ионного остова и парамагнетизм Паули, сильные и слабые
магнитные поля, кооперативные явления (ферро-, антиферро- и ферримагнитное
упорядочение), атомная и доменная магнитная структура, стенки Блоха и Нееля, спиновые
волны, размерные эффекты (тонкие магнитные пленки, цилиндрические магнитные
домены), процессы перемагничивания, эффект Баркгаузена, спиновые стекла.
11.
Сверхпроводимость: основные свойства сверхпроводников, глубина
проникновения, длина когерентности, феноменологическая теория Гинзбурга-Ландау,
сверхпроводники первого и второго рода, вихревые нити, энергетические щели,
куперовские пары, теория Бардина-Купера-Шрифера (БКШ), туннельный эффект
Джозефсона, высокотемпературная сверхпроводимость.
12.
Сверхтекучесть: Гелий-3 и гелий-4 – квантовые жидкости и кристаллы,
фазовые диаграммы сверхтекучести, элементарные возбуждения, бозе-конденсация
атомарных газов щелочных металлов.
13.
Квантовое усиление и генерация света: вынужденные и спонтанные
переходы, коэффициенты Эйнштейна, когерентность света, ширина спектра спонтанного
излучения, однородное и неоднородное уширение; активная среда, открытый резонатор,
моды, время жизни моды пассивного резонатора, дифракционные потери, типы
резонаторов, устойчивость резонатора, гауссовы пучки, условия генерации света,
синхронизация мод, модуляция добротности.
14.
Квантовые генераторы света: гелий-неоновый лазер, CO2- лазер,
рубиновый лазер, неодимовый лазер, полупроводниковые лазеры, зоны разрешенных
состояний, рекомбинационное сечение, уровень Ферми, квазиуровень Ферми, условие
инверсии.
15.
Оптические эффекты и модуляторы света: электрооптические эффекты в
кристаллах, линейный и квадратичный электрооптический эффект, электрооптические
модуляторы, акустооптический эффект, режимы дифракции Рамана и Брегга,
акустооптические модуляторы, магнитооптические эффекты.
16.
Нелинейная
оптика,
параметрические
процессы:
нелинейные
восприимчивости, классификация нелинейно-оптических эффектов, генерация оптических
гармоник,
пространственный синхронизм, методы создания фазового синхронизма,
генерация второй и третьей гармоники, параметрические взаимодействия, вынужденное
рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
17.
Нелинейная геометрическая оптика: нелинейное параболическое
уравнение, устойчивость плоской волны в нелинейной среде, пространственные
солитоны, самофокусировка и самоканализация.
18.
Когерентные резонансные процессы:
оптический резонанс и
двухуровневая система, когерентные переходные процессы (прецессия Раби, оптические
нутации, затухание свободной индукции), фотонное эхо, когерентные переходные
процессы при двухфотонном резонансе, сверхфлуоресценция, распространение
ультракороткого импульса в усиливающей среде, самоиндуцированная прозрачность,
распространение импульса света в условиях адиабатического следования.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Основная и дополнительная литература
Основная литература
Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.: Наука, 1978.
Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. Т. I, II. – М.: Мир, 1979.
Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела. – М.: Мир, 1969.
Займан Дж. Принципы теории твердого тела. – М.: Мир, 1974.
Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. – М.: Высш. шк., 2000.
Вонсовский С.В. Магнетизм. – М.: Наука, 1971.
Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. – М.: Наука,
1979.
8.
Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводимости. – М.: МЦ НМО, 2000.
9.
Сычев В.В. Сложные термодинамические системы. – М.: Издательский дом
МЭИ, 2009. – 296 с.
Дополнительная литература
1.
K.H.J. Buschow, F.R. de Boer, Physics of Magnetism and Magnetic Materials,
Kluver Academic Publishers Group, 2003.
2.
F. Brailsford, Theory of a ferromagnetic heat engine. Proc. IEE, 111 (1964) 16021606.
2
3.
E.L. Resler Jr, R.E. Rosensweig, Magnetocaloric power. AIAA J., 2(8) (1964)
1418–1422.
4.
E.L. Resler Jr, R.E. Rosensweig, Regenerative thermomagnetic power, J. Eng.
Power, 89(3) (1967) 399–406.
5.
D. Solomon, Thermomagnetic mechanical heat engines, J. Appl. Phys., 65(9)
(1989) 3687-3693.
6.
L. Brillouin, H.P. Iskenderian, Thermomagnetic Generator, Elect. Commun. 25
(1948) 300-311.
7.
F. Shir, L.H. Bennett, E. Della Torre, C. Mavriplis, R.D. Shull, Transient response
in magnetocaloric regeneration, IEEE Transactions on Magnetics, 41(6), (2005) 2129 – 2133.
8.
A.M. Tishin, A.V. Derkach, Y.I. Spichkin, M.D. Kuz’min, A.S. Chernyshov,
Jr. K.A. Gschneidner, V.K. Pecharsky Magnetocaloric effect near a second-order magnetic phase
transition. J. Magn. Magn. Mater. 310(2) (2007) 2800-2804.
9.
A.M. Tishin, Magnetocaloric effect: Current situation and future trends, J. Magn.
Magn. Mater. 316 (2007) 351-357.
10.
N.C. Tien, Silicon micromachined thermal sensors and actuators, Microscale
Thermophysical Engineering 1(4) (1997) 275-292.
11.
H. Guckel, J. Klein, T. Christenson, K. Skrobis, Thermo-magnetic metal flexure
actuators, Solid-State Sensor and Actuator Workshop Technical Digest, Hilton Head, SC, (1992)
73-75.
12.
L.A. Field, D.L. Burriesci, P.R. Robrish, R.C. Ruby, Micromachined optical-fiber
switch, Sensors Actuators A 53 (1996) 311-316.
13.
H.S. Tzou, H.-J. Lee, S.M. Arnold, Smart Materials, Precision Sensors/Actuators,
Smart Structures, and Structronic Systems, Mechanics of Advanced Materials & Structures 11
(2004) 367-383.
14.
H.S. Wolff, Magnetic heat engine, J. Sci. Instrum. 41 (1964) 281.
15.
E.L. Resler Jr, R.E. Rosensweig, Regenerative thermomagnetic power, J. Eng.
Power. 89(3) (1967) 399–406.
16.
A. Karle, The thermomagnetic Curie-motor for the conversion of heat into
mechanical energy, Int. J. Thermal Sciences 40(9) (2001) 834-842.
17.
H.E. Stauss, Efficiency of Thermomagnetic Generator, J. Appl. Phys. 30 (1959)
1622.
18.
H.E. Stauss, U.S. Naval Research Laboratory Rep. № 5328, June 1959.
19.
J.F. Elliott, Thermomagnetic Generator, J. Appl. Phys. 30(11) (1959) 1774-1777.
20.
M. Ohkoshi, H. Kobayashi, T. Katayama, M. Hirano, T. Tsushima, A proposal of
application of spin reorientation phenomenon to the thermomagnetic power generation, Japanese
J. Appl. Phys. 15(10) (1976) 2019-2020.
21.
V. Guruprasad, Electromagnetic heat engines and method for cooling a system
having predictable bursts of heat dissipation, U.S. Pat. 5714829, Feb. 03, 1998.
22.
E. Bruck, Developments in magnetocaloric refrigeration, J. Phys. D: Appl. Phys.
38(23) (2005) 381-391.
23.
V. Franco, J.S. Blázquez, B. Ingale, A. Conde, The Magnetocaloric Effect and
Magnetic Refrigeration Near Room Temperature: Materials and Models, Annual Review of
Materials Research. 42(1) (2012) 305-342.
Интернет-источники
1.
http://fn.bmstu.ru/phys/bib/physbook/tom6/ch1/texthtml/ch1_3.htm
2.
http://www.lakeshore.com/products/Hall-Effect-Systems/7700A-ElectromagnetSeries/Pages/Downloads.aspx
3.
http://nmr-blog.com/page32/page33/
4.
http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/105443/Магнит
3