Элементы физики твердого тела. Физика твердого тела это наука о строении, свойствах твердых тел (кристаллических и аморфных) и происходящих в них физических. - презентация

1 Элементы физики твердого тела

2 Физика твердого тела это наука о строении, свойствах твердых тел (кристаллических и аморфных) и происходящих в них физических явлениях. Физика твёрдого тела раздел физики конденсированного состояния, задачей которого является описание физических свойств твердых тел с точки зрения их атомарного строения. Физика твердого тела занимается установлением зависимостей между атомно-электронной структурой твердых тел, их составом и различными физическими свойствами механическими, тепловыми, электрическими, магнитными, оптическими и другими. Указанные закономерности устанавливаются путем использования огромного арсенала современных методов исследования электронно-микроскопических, рентгеновских, электронно-графических и нейтроно-графических, электронно- парамагнитного, ферро- и антиферромагнитного резонансов, оптических и других методов. Анализ полученных закономерностей производится с привлечением достижений в области фундаментальных наук.

3 физика твердого тела Как наука, физика твердого тела родилась в начале XX века в связи с развитием рентгеновских методов определения структуры твердых тел, атомной физики и квантовой механики. Развитие стимулировалась широким спектром важных задач прикладного характера, в частности, развитием полупроводниковой техники. В настоящее время физика твёрдого тела разбилась на большое количество более мелких направлений. Внешний вид алмаза Схематическое изображение его кристаллической решетки После открытия дифракции рентгеновских лучей и публикации серии простых и весьма успешных работ с расчетами и предсказаниями свойств кристаллических веществ началось фундаментальное изучение атомной структуры кристаллов.

4 В настоящее время методы и теория твердого тела, развитые для описания свойств и структуры монокристаллов, широко применяются для получения и исследования новых материалов: композитов и наноструктур, квазикристаллов и аморфных твердых тел. Физика твердого тела служит основой для изучения явлений высокотемпературной сверхпроводимости, гигантского магнетосопротивления и многих других перспективных современных наукоемких технологий. Физика твердого тела сводится, в сущности, к установлению связи между свойствами индивидуальных атомов и молекул и свойствами, обнаруживаемыми при объединении атомов или молекул в гигантские ассоциации в виде регулярно-упорядоченных систем кристаллов. Эти свойства можно объяснить, опираясь на простые физические модели твердых тел. Реальные кристаллы и аморфные твердые тела значительно сложнее, но эффективность и полезность простых моделей едва ли можно переоценить. Предметом данной области науки являются, прежде всего, свойства веществ в твердом состоянии, их связь с микроскопическим строением и составом, эвристическое прогнозирование и поиск новых материалов и физических эффектов в них. Фактически физика твердого тела служит базой для физического материаловедения.

5 Кристаллофизика (кристаллография) Межатомное взаимодействие и основные типы связей в твердых телах Дефекты в твердых телах Механические свойства твердых тел Колебания атомов кристаллической решетки Тепловые свойства твердых тел Основы зонной теории твердых тел Электрические свойства твердых тел Свойства диэлектриков Магнитные свойства твердых тел Сверхпроводимость Оптические свойства твердых тел Физические свойства аморфных твердых тел

6 Кристаллофизика (кристаллография) Структура кристаллов и способы ее определения Точечная симметрия кристаллов Пространственная решетка кристалла Трансляционная симметрия кристаллов. Кристаллографические системы координат. 14 трансляционных решеток Бравэ Кристаллографические символы узловых плоскостей и прямых Трансляционные элементы симметрии Обратная решетка Основные понятия кристаллохимии Методы определения атомной структуры твердых тел Симметрия и физические свойства кристаллов

7 Межатомное взаимодействие. Основные типы связей в твердых телах Классификация твердых тел. Типы связи Энергия связи Молекулярные кристаллы Ионные кристаллы Ковалентные кристаллы Металлы Металлофизика Металлофизика - раздел физики, изучающий строение и свойства металлов. Является составной частью физики твердого тела. Современная металлофизика представляет собой синтез микроскопической теории, объясняющей свойства металлов особенностями их атомного строения, и теоретического металловедения, использующего макроскопические методы термодинамики, механики сплошных сред и другое для исследования строения и свойств реальных металлических материалов. Широкое использование металлов привело к тому, что их основные физические и химические свойства были изучены ещё в 19 в. Однако природа этих свойств не могла быть понята без развития представлений об атомном строении вещества и квантовой механики.

8 Дефекты в твердых телах Классификация дефектов Тепловые точечные дефекты Равновесная концентрация точечных дефектов Тепловые дефекты в бинарных кристаллах Радиационные дефекты Дислокации Контур и вектор Бюргерса Напряжения, необходимые для образования дислокации в совершенном кристалле Движение дислокаций Напряжения, связанные с дислокациями. Энергия дислокации Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами Источники дислокаций Дефекты упаковки и частичные дислокации Границы зерен

9 Механические свойства твердых тел Напряженное и деформированное состояния твердых тел Упругость. Закон Гука для изотропных твердых тел Закон Гука для анизотропных твердых тел Пластические свойства кристаллических твердых тел Хрупкое разрушение Колебания атомов кристаллической решетки Одномерные колебания однородной струны Упругие волны в монокристаллах Колебания одноатомной линейной цепочки Колебания одномерной решетки с базисом Колебания атомов трехмерной решетки

10 Тепловые свойства твердых тел Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга-Пти Теория теплоемкости Эйнштейна Теория теплоемкости Дебая Вывод формулы для теплоемкости, исходя из представления о фононах Теплоемкость металлов. Учет вклада свободных электронов Тепловое расширение твердых тел Теплопроводность твердых тел Теплопроводность, обусловленная атомными колебаниями Теплопроводность металлов. Учет вклада свободных электронов Диффузия в твердых телах

11 Основы зонной теории твердых тел Классификация твердых тел по величине электропроводности Уравнение Шредингера для твердого тела Одноэлектронное приближение Функции Блоха Свойства волнового вектора электрона в кристалле. Зоны Бриллюэна Поверхность Ферми Энергетический спектр электронов в кристалле. Модель Кронига Пенни Заполнение зон электронами. Металлы, диэлектрики, полупроводники Эффективная масса электрона Энергетические уровни примесных атомов в кристалле Локализованные состояния, связанные с поверхностью

12 Электрические свойства твердых тел Основные свойства металлов Электропроводность металлов Собственная проводимость полупроводников Проводимость примесных полупроводников Электропроводность диэлектриков Свойства твердых тел в сильных электрических полях Эффект Холла Влияние поверхностных уровней на электрические свойства твердых тел

13 Свойства диэлектриков Поляризация диэлектриков. Основные характеристики Электронная упругая поляризация Ионная упругая поляризация Дипольная упругая поляризация Особенности тепловой поляризации Ионная тепловая поляризация Электронная тепловая поляризация Дипольная тепловая поляризация Связь между диэлектрической проницаемостью и поляризуемостью Частотная зависимость диэлектрической проницаемости Некоторые особенности поляризации нецентросимметричных диэлектриков Сегнетоэлектрики Диэлектрические потери

14 Магнитные свойства твердых тел Классификация магнетиков Природа диамагнетизма Природа парамагнетизма Диамагнетизм и парамагнетизм твердых тел Ферромагнетизм. Молекулярное поле Вейсса Опыт Дорфмана Обменное взаимодействие и его роль в возникновении ферромагнетизма Спиновые волны Антиферромагнетизм и ферримагнетизм Ферромагнитные домены Магнитный резонанс

15 Сверхпроводимость Нулевое сопротивление Температура сверхпроводящего перехода Идеальный диамагнетизм Критическое магнитное поле Кристаллическая структура и изотопический эффект Электронный вклад в теплоемкость Поглощение электромагнитного излучения Квантование магнитного потока Эффекты Джозефсона Высокотемпературная сверхпроводимость Теория сверхпроводимости Ф. и Г. Лондонов Теория Гинзбурга Ландау Притяжение между электронами Куперовские пары Теория Бардина КупераШриффера

16 Оптические свойства твердых тел Виды взаимодействия света с твердым телом Оптические константы Поглощение света кристаллами Рекомбинационное излучение в полупроводниках Спонтанное и индуцированное излучение. Твердотельные лазеры Физические свойства аморфных твердых тел Структура аморфных твердых тел Энергетический спектр некристаллических твердых тел Аморфные полупроводники Применение аморфных полупроводников Аморфные диэлектрики Аморфные металлы

17 Учебная литература 1. Задачник по физике: учебное пособие / А. Г. Чертов, А. А. Воробьев. 5-е изд., перераб. и доп. М. : Высшая школа, с.Задачник по физике: учебное пособие / А. Г. Чертов, А. А. Воробьев. 5-е изд., перераб. и доп. М. : Высшая школа, с Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. Учебник. М.: «Высшая школа», 3-е изд.испр год. 497 стр. stereotip stereotip 3. Задачи по физике твердого тела./Под ред. Голдсмида. – М.: Наука, – 429 с. achi_po_fizike_tverdogo_tela.html achi_po_fizike_tverdogo_tela.html ike_tverdogo_tela.html ike_tverdogo_tela.html