Колективні збудження в конденсованому середовищі, низьковимірних системах та наноструктурах, і фізичні методи їх аналізу

Інcтитут/Факультет: 
ІВТ
Курс: 
2-Маг
Семестр: 
3
Підсумковий контроль: 
іспит
Лектор: 

Колежук О. К., д. ф.-м. н., професор

Лектор: 

Лозовський В. З., д. ф.-м. н., професор

Кафедра: 
Кафедра математики, теоретичної фізики і комп-рних технологій
Вид навчального курсу: 
Курс за вибором студентів

Метою вивчення дисципліни "Колективні збудження в конденсованому середовищі та наноструктурах, і методи їх аналізу" є ознайомлення студентів з основними типами елементарних збуджень в конденсованому середовищі. Предметом курсу є фізичні властивості різних типів колективних збуджень в твердотільних матеріалах, органічних макромолекулах і наноструктурах, а також фізичні основи експериментальних методів їх вивчення.

 
 
Модуль 1: Основні типи колективних збуджень і їх властивості. 

Вступ. Приклад колективних збуджень: фонони в атомному ланцюжку/кристалі. Польовий опис. Поняття про лінійні і нелінійні колективні збудження, приклади моделей (молекулярні та магнітні ланцюжки/драбинки, сегнетоелетрики, поліацетилен, графен і т.д.). .

Електрон-фононна взаємодія. Полярони. Пайерлсівська нестабільність. Поляритони в іонних кристалах.

Плазмони. Макроскопічний опис плазмових хвиль (модель желе). Наближення випадкових фаз. Екранування заряду в металах і напівпровідниках.

Екситони. Екситони в напівпровідниках (екситони Ванньє-Мотта) і молекулярних кристалах (екситони Френкеля). Колективні властивості екситонів.

Магнітні колективні збудження. Спінові хвилі в феро- і антиферомагнетиках. Магнітні солітони. Топологічні нелінійні збудження.

Надпровідність як одна з прояв колективних ефектів в фізиці твердого тіла. Експериментальні дані та перші теорії надпровідності.

Явище Купера. Ідеї Фрьоліха як основи для побудови мікроскопічної теорії надпровідності. Редукція електрон-фононного гамільтоніана до ефективного електрон-електронного.

Теорія Бардіна-Купера-Шріффера. Хвилева функція БКШ. Основний стан надпровідника

Перетворення Боголюбова. Залежність пара-метра порядка від температури. Критична температура надпровідників.

Сильний зв'язок. Теорія Еліашберга. Вплив кристалічної структури на надпровідність.

Ефект Мейснера-Оксенфельда. Ефект Джозефсона. Застосування надпровідності у сучасних технологіях фізики, біології, медицині.

Модуль 2: Методи виявлення і аналізу колективних збуджень. 

Нейтронна спектроскопія. Переріз розсіяння нейтронів на спінових збудженнях або збудженнях кристалічної ґратки. Динамічний структурний фактор.

 

Методи магнітного резонансу. Електронний парамагнітний (спіновий) резонанс: Правила відбору при ЕПР. Інтенсивність поглинання та ширина лінії.

Ядерний магнітний резонанс. Поздовжня та поперечна релаксація, хімічний зсув.

Приклади застосування ЕПР і ЯМР для вивчення низьковимірних систем.

Оптичні методи. Раманівська спектроскопія. Роздільна за кутом фотоелектронна спектроскопія (ARPES).

 

Модуль 3: Колективні збудження в низьковимірних системах і наноструктурах.

 

Колективні збудження в низьковимірних сильнокорельованих спінових системах. Спінони в майже-ізінгівському ланцюжку. Холдейнівська щілина, триплони, системи з впорядкованими валентними зв'язками.

Екситони в низьковимірних структурах. Екситони в квантових точках, плівках, вуглецевих нанотрубках.

Перенос енергії в органічних макромолекулах. Екситон-фононна взаємодія. Солітони Давидова.

Солітони в полімерах. Солітонний механізм провідності в поліацетилені. Солітонні збудження в графені.

Список літератури: 

Основна:

  1. Н.Марч, М.Паринелло.// Коллективные эффекты в твердых телах и жидкостях. М.: Мир, 1986

  2. А.С.Давыдов.// Теория твердого тела// М.: Наука, 1976

  3. Дж.Займан.// Принципы теории твердого тела// М.: Мир, 1966

  4. Р.Фейнман.// Статистическая механика// М.: Мир, 1978

  5. Ч.Сликтер.// Основы теории магнитного резонанса.// М.: Мир, 1981

  6. Ч.Киттель.// Квантовая теория твердых тел.// М.: Наука, 1967

  7. А.С.Давыдов.// Солитоны в молекулярных системах// К.: Наукова Думка, 1988.

Додаткова:

  1. Chaikin P.M., LubenskyT.C. // Principles of condensed matter physics// CUP, 1995

  2. Ziman J.M. Elements of Advanced Quantum Theory //CUP, 1969

  3. M.S.Dresselhaus, G.Dresselhaus, R.Saito, and A.Jorio// Exciton Photophysics of Carbon Nanotubes// Annu. Rev. Phys. Chem. Vol.58, pp.719-747 (2007)

  4. Р.Уайт//Квантовая теория магнетизма// М.: Мир, 1985

  5. R. Jackiw// Fractional Charge from Topology in Polyacetylene and Graphene// MIT Preprint, 2007

 

 

ПереглядДолученняРозмір
Collective_Excitations_Physics_Master2013.pdf195.65 КБ
ІНСТИТУТ ВИСОКИХ ТЕХНОЛОГІЙ Матеріали дозволено використовувати на умовах GNU FDL без незмінюваних секцій та Creative Commons Attribution/Share-Alike
Дизайн: Інститут високих технологій
Ivan Ivanov