Мета та завдання дисципліни, її місце у навчальному процесі.

 

1.1. Мета викладання дисципліни.

Курс "Фізика твердого тіла" є одним з центральних курсів для студентів відповідної спеціальності. В цьому курсі студенти мусять вивчити основні положенння і основні теоретичні методи фізики твердого тіла, які надалі стануть основою для опанування більш спеціальними курсами "фізика магнітних матеріалів", "структура реальних кристалів, фізика міцності і пластичності", "фізичне матеріалознавство", "рентгеноструктурний аналіз, "обчислювальні методи в фізиці твердого тіла", "ЕОМ-експеримент та машинна обробка інформації".

 

1.2. Завдання вивчення дисципліни.

В цьому курсі студенти мусять вивчити основні положення і основні теоретичні методи фізики твердого тіла, які є основою для опанування більш спеціальними курсами.

На момент початку даного курсу (7-й семестр) студенти прослухали весь курс загальної фізики, крім фізики ядра та елементарних частинок. Вони вже вивчали такі розділи теоретичної фізики як класична механіка, електродинаміка, і квантова механіка. На жаль, теоретичний курс статистичної фізики та термодинаміки (спільний для всіх спеціальностей) вивчається лише в 7-му семестрі. Тому пропонуєтться "двошаровий" метод вивчення ФТТ. А саме, спочатку вивчається "все потроху", починаючи з класифікації зв'язків, елементарної класичної електронної тоерії металів і кінчаючи фізикою сплавів. При цьому в багатьох розділах замість строгого кванттовомеханічного опису пропонуютться якісні картинки та грубі оцінки. Особливо це стосується елементів зонної теорії, магнітних властивостей та надпровідності. На вказане вище вивчення "всього потроху" відводиться біля двох третин всього курсу. До цього часу студенти в курсі квантової механіки вже мусять опанувати методами теорії збурень, вивчити спінори та обмінну взаємодію. Це надає можливість останню третину курсу присвятити більш строгим підходам до вибраних частин фізики твердого тіла, а саме- до зонної теорії та надпровідності.

Ще однією особливістю курсу є спроба білінгвального навчання – одночасно українською та англійськими мовами. Для цього автором програми спільно з Анною Олександрівною Ковальчук розроблено білінгвальний посібник (див. літературу).

 

1.3. Знання та вміння.

 

Ряд практичних занять планується провести в дисплейному класі, вивчаючи на комп'ютері основні методи моделювання руху електронів, коливання решітки, фазових перетворень в твердому тілі та дифузійних процесів. Для цього будуть використовуватися програми, створені на кафедрі теоретичної фізики. Тому студенти мусять вміти використовувати програми та модифікувати їх.

Знання:

- основні положення і основні теоретичні методи фізики твердого тіла,

- основні методи моделювання руху електронів, коливання решітки, фазових перетворень в твердому тілі та дифузійних процесів;

- класична електронна теорія металів і її застосування до пояснення властивостей металів, а також її межі застосування;

- розподіли: Фермі-Дірака, Бозе-Ейнштейна, Максвела-Больцмана;

- теплоємність електронного газу;

- структура кристалів та методи її дослідження, класифікація кристалічних решіток;

- рентгеноструктурний аналіз;

- динаміка кристалічних решіток, нормальні коливання;

- квантування атомних коливань;

- класифікація твердих тіл і методи їх вивчення;

- магнітні властивості твердих тіл, класифікація магнетиків;

- термодинаміка сплавів (розпад твердого розчину та впорядкування сплавів), типи діаграм стану;

- дифузія в сплавах, механізми дифузії, самодифузія, реакційна дифузія,

- основи і методи зонної теорії, спінори та обмінна взаємодія,

- теорія збурень;

- фононний спектр твердих тіл, методи знаходження фононного спектру і пояснення теплових властивостей кристалів на основі уявлень про фонони;

- основи теорії надпровідності, властивості класичних надпровідників і їх пояснення,

- точкові дефекти;

- основні типи дефектів та їх рух; пружні властивості дислокацій

- дислокації в типових металевих структурах; перетин дислокацій; взаємодія дислокацій з точковими атомами; утворення дислокацій;

- границі зерен і субзерен; гальмування дислокацій;

- методи виявлення дислокацій в металах.

Вміння:

- розв'язання типових задач з електронної теорії, динаміки решітки, магнетизму;

- техніка інтегрування, техніка розв'язання диференціальних рівнянь з ЧП першого та другого порядку;

- моделювання руху електронів, коливання решітки, фазових перетворень в твердому тілі та дифузійних процесів;

- дослідження та моделювання магнітних властивостей матеріалів;

- використовування пакету готових програм та їх модифікування,

- застосовування отриманих знань при аналізі особливостей фізичних властивостей реальних кристалів і їх пояснення на основі теорії дефектів;

- самостійна робота з навчально-методичним матеріалом, основною та додатковою літературою.