УТВЕРЖДАЮ Проректор-директор ФТИ ___________ В.П.Кривобоков «___»_____________2011 г.

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ФТИ
___________ В.П.Кривобоков
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ (ДИСЦИПЛИНЫ)
Теория и свойства кристаллов и неупорядоченных материалов
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП
011200 Физика
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)
Физика конденсированного состояния вещества
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
Магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 1 СЕМЕСТР 2
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ _ МЕЦ.Б.10, ПЦ.Б.1-7; ПЦ.Б.8: «Общая физика», «Физика
твердого тела», «Теоретическая физика»
КОРЕКВИЗИТЫ М1.В3.3 М1.В6
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
_______лекции_________________ _36 час.
________практика________________ 36 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ __72___ час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА _72___ час.
ИТОГО 144 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
Очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
Экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
Кафедра ОФ ФТИ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ____________
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
Чернов И.П.
______________ Ливенцов С.Н.
_______________ Батурин А.А.
2011г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Код
Цели освоения дисциплины
цели
«Физика»
Ц1 Формирование у студентов
современного представления об
основных понятиях и идеях
современной
физики
конденсированного состояния
вещества,. Прежде всего, это
касается
исследований
кристаллов и неупорядоченных
материалов – полупроводников,
металлов
и
диэлектриков,
подвергнутых
деформации,
облучению потоками частиц и
энергии.
Ц2
Формирование
навыков
научно-исследовательской
работы,
получения
и
обработки
экспериментальных
результатов, а также умения
моделировать
физические
процессы
при
решении
конкретных физических задач
в
области
физики
конденсированного состояния
вещества
Ц3
развитие
творческих
способностей студентов в
целях
освоения
новых
наукоемких технологий по
своей специальности, а также
навыков
самостоятельного
проведения теоретических и
экспериментальных
исследований
в
области
физики
конденсированного
состояния вещества
Цели ООП
Подготовка выпускников к
производственнотехнологической деятельности
Подготовка выпускников к
научным исследованиям для
решения
задач
методами
постановки
физического
эксперимента,
к
самостоятельному
изучению
оригинальных работ в данной
области, выполнение патентного
поиска
по
тематике
исследования,
участие
во
внедрении
результатов
исследований.
Подготовка выпускников к
самообучению и непрерывному
профессиональному
самосовершенствованию,
к
умению составлять отчеты,
обзоры, презентации, оформлять
научные публикации
Указываются цели (1…N) освоения модуля (дисциплины) в области
обучения, воспитания и развития, соответствующие целям ООП.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина «Теория и свойства кристаллов и неупорядоченных
материалов» входит в Магистерскую программу «Физика
конденсированного состояния вещества». Последовательно проводимый
анализ микроскопических механизмов физических явлений в твердых телах,
сочетаемый со средствами теоретической физики является тем фундаментом,
который необходим магистрантам для сознательного и целеустремленного
продвижения в науке и быстрейшего и эффективного анализа бесчисленных
технических и технологических проблем.
Дисциплина базируется на знаниях, полученных при изучении курсов
Физики твёрдого тела. Для изучения дисциплины студенты должны освоить
общефизические, и естественно научные дисциплины.
Пререквизиты:.Физика твёрдого тела. Кореквизиты: Физика поверхности и
тонкие пленки, Математическое моделирование физических процессов
Требования к уровню подготовки к освоению дисциплины Физика, в
частности к «входным» знаниям, умениям, опыту и компетенциям,
необходимым для его успешного освоения, определяются ФГОС №637,
утвержденного "18" ноября 2009г и ОС ТПУ
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
Указываются планируемые результаты (1…n) освоения модуля
(дисциплины) и их составляющие (знания, умения, опыт, компетенции),
полученные в результате декомпозиции результатов обучения по основной
образовательной программе (Приложение 6, табл. 7).
Знать:
 фундаментальные понятия, законы физики твердого тела
 основные теории и приближения физики конденсированного
состояния вещества
 методы исследования кристаллической структуры и основных
физических свойств материалов,
 зависимость физических свойств материалов от степени
неупорядоченности структуры,
уметь:
 определять индексы направлений, плоскостей в кристаллических
структурах,
 исследовать свойства (механические, электрические, оптические,
тепловые и др.) твердых тел;
владеть (методами, приёмами):
 техникой построения обратной решетки зон Бриллюэна
поверхности Ферми, методами экспериментального определения
поверхности Ферми;
 методами вычислительной физики применительно к твердому
телу,
 методами проведения экспериментов и обработки результатов.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) способность/готовность владеть профессиональным иностранным языком.
способность/готовность
проявлять понимание используемых методов,
области их применения, вопросов безопасности и здравоохранения,
юридических аспектов, ответственности за профессиональную деятельность
и ее влияния на окружающую среду;
2. Профессиональные способность/готовность овладеть: теоретическими основами физики
конденсированного состояния, квантовой механики, особенностями
физических взаимодействий в твердом теле; и использовать знания
теоретических разделов в выпускной квалификационной работе;
способность/готовность: обрабатывать, анализировать и обобщать научнотехническую информацию, передовой отечественный и зарубежный опыт в
профессиональной деятельности
способность/готовность: оценить особенности физических взаимодействий в
твердых телах;
способность/готовность: разрабатывать на фундаментальной основе новые
материалы с заданными механическими, электрическими, оптическими и др.
свойствами.
4. Структура и содержание модуля (дисциплины)
4.1 Приводится аннотированное содержание разделов модуля (дисциплины):
Курс включает в себя классические разделы физики твердого тела:
структура кристаллов, динамика решетки, зонная теория твердых тел,
динамика движения электронов в решетке, металлы, полупроводники и
диэлектрики, дефекты кристаллической решетки, диффузия, механические и
электрические свойства материалов. В последнее время, особенно с
развитием методов модифицирования материалов, интенсивно развиваются
теоретические и экспериментальные исследования некристаллических
веществ. Поэтому часть курса посвящена свойствам неупорядоченных
структур. Прежде всего, это анализ структуры и свойств неупорядоченных
материалов, а также поведения электронов в них. Метод изложения курса
основан на том, что “Теория и свойства кристаллов и неупорядоченных
материалов” это экспериментальная наука, развивающаяся на основе
фундаментальных понятий и представлений квантовой механики и атомной
физики. Изложение курса опирается на совокупность экспериментальных
фактов в значительной степени определяющих логику его построения.
Типы связей в твердых телах – 2 часа
1.1 Цели и задачи курса. Кристаллическая структура твердых тел и их
форма. Типы межатомных связей Вандерваальсово взаимодействие.
Ковалентная связь. Ионная связь. Водородная связь. Металлическая связь.
Классификация твердых тел по типам связи.
РАЗДЕЛ II Описание структуры кристаллов – 6 часов
2.1 Трансляции и кристаллическая решетка. Операции симметрии.
Элементарная ячейка. Основные типы кристаллических решеток.
2.2 Положение и ориентация плоскостей в кристаллах. Индексы
Миллера и кристаллографические направления. Структуры реальных
кристаллов.
2.3 Дифракция в кристаллах. Дифракция как метод исследования.
Закон Брэгга. Дифракция в аморфных телах. Обратная решетка. Зоны
Бриллюэна. Атомный фактор рассеяния или форм-фактор.
РАЗДЕЛ III. Динамика кристаллической решетки – 6 часов
3.1 Упругие свойства кристаллов. Анализ упругих деформаций
Упругие волны в кристаллах. Упругие постоянные.
3.2 Пластические свойства кристаллических веществ. Закон Гука.
Хрупкое разрушение.
3.3. Фононы и колебания решетки. Квантовый характер колебаний
решетки. Импульс фонона. Колебательные моды одноатомной цепочки.
Решетка с двумя атомами в примитивной ячейке. Плотность состояний
3.4 Тепловые свойства диэлектриков. Теплоемкость кристаллической
решетки. Модель Эйнштейна. Теория теплоемкости Дебая. Температура
Дебая.
РАЗДЕЛ VI. Электроны в металлах – 4 часа
4.1 Некоторые особенности металлического состояния. Типичные
свойства металлов. Классическая теория свободных электронов. Модели
Друдэ и Лоренца. Эффекты, предсказанные классической теорией.
4.2 Квантовая теория свободных электронов. Квантовые статистики.
Статистика Ферми-Дирака. Плотность состояний. Модель металлической
проводимости Зоммерфельда.
РАЗДЕЛ V. Зонная теория твердых тел – 6 часов
5.1 Адиабатическое приближение. Одноэлектронное приближение.
Модель почти свободных электронов. Зоны Бриллюэна.
5.2 Метод сильной связи. Закон дисперсии. Число уровней в зоне.
Металлы и диэлектрики
5.3 Динамика движения электронов. Поверхность Ферми. Дырки.
Эффективная масса. Плотность состояний. Квазичастицы.
РАЗДЕЛ VI. Полупроводники – 6 часов
6.1 Собственные и примесные полупроводники. Донорные и акцепторные
состояния. Элементарная теория примесных состояний. Поверхностные
состояния.
6.2 Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Плотность
состояний. Концентрация электронов и дырок в зонах. Концентрация
электронов и дырок на локальных уровнях. Взаимная компенсация доноров и
акцепторов.
6.3 Кинетические явления в полупроводниках. Кинетическое уравнение
Больцмана. Электропроводность и теплопроводность полупроводников.
6.4. Эффект Холла. Термоэлектрические и термомагнитные явления.
Тензорезистивный эффект. Рассеяние носителей заряда. Вероятность
перехода.
РАЗДЕЛ VII. Неупорядоченные материалы – 4 часа
7.1 Неупорядоченные материалы. Атомная структура. Неупорядоченные
линейные цепочки. Статистическая геометрия сеток связей.
7.2 Электроны в неупорядоченной среде. Локализованные состояния.
Плотность состояний. Рассеяние электронов беспорядочно распределенными
центрами. Температурная зависимость проводимости.
Таблица 1.
Структура модуля (дисциплины)
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
1. Типы связей в твердых
телах
2. Описание структуры
кристаллов
3. Динамика
кристаллической решетки
4. Электроны в металлах
5. Зонная теория твердых
тел
6. Полупроводники
7. Неупорядоченные
материалы
Итого
Аудиторная работа (час)
Лекци Практ./сем.
Лаб. зан.
и
Занятия
2
2
0
СРС
(час)
Колл,
Контр.Р.
4
8
6
6
0
12
24
8
6
0
16
4
6
4
6
0
0
8
12
6
4
4
4
0
0
12
8
2
24
16
36
32
0
72
4
144
2
Итог
о
32
16
24
5. Образовательные технологии
Приводится описание образовательных технологий, обеспечивающих
достижение планируемых результатов освоения модуля (дисциплины).
Специфика сочетания методов и форм организации обучения
отражается в матрице (см. табл 2). Перечень методов обучения и форм
организации обучения может быть расширен.
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
+
Лаб.
раб.
Пр. зан./
Сем.,
+
Тр*.,
Мк**
СРС
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы
проблемного
обучения.
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский
метод
Другие методы
* - Тренинг, ** - Мастер-класс
+
+
+
+
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной
работы студентов, включая текущую и творческую/исследовательскую
деятельность студентов:
6.1 Текущая СРС
1. Проработка теоретического материала. Проработка вопросов теоретической
части курса, вынесенных на самостоятельную проработку. (В Подготовка к
теоретическим коллоквиумам. Теоретический коллоквиум должен быть сдан в часы,
предусмотренные календарным планом аудиторных занятий.
2. Подготовка к контрольным работам
Решение задач по темам теоретического курса
6.2
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР)
Выполнение индивидуальных заданий. Индивидуальное задание заключается в
написании студентами рефератов по темам, подобранные в соответствии с программой
теоретической части курса и темой магистерской работы.
Решение задач, выносимых на самостоятельную проработку. Прежде всего, это
решение задач с использованием вычислительной техники, изучение стандартных
компьютерных программ, компьютерное моделирование.
6.2.
Содержание самостоятельной
(дисциплине)
работы
студентов
по
модулю
ОБРАЗЦЫ КОНТРОЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
Вариант контрольной работы по теме «Связи в твердых телах»
1. Получить выражение для потенциальной энергии взаимодействия двух разноименно
заряженных ионов, разделенных дистанцией r.
2. Вычислить потенциальную энергию иона в кристалле NaCl в джоулях и электронвольтах. Затем получите величину энергии одного моля NaCl. Дистанция между
соседними атомами 0.281 нм. Пренебречь отталкиванием.
3. Вычислить относительное изменение величины силы отталкивания между двумя
ионами, если дистанция между ними а0 увеличится в два раза. Сравните полученные
результаты с относительным изменением величины силы Кулона при аналогичном
увеличении r. Объясните, почему сила отталкивания может рассматриваться как
короткодействующая сила по сравнению с Кулоновской силой. Сила отталкивания задана
10
Aa02 Ba0
в уравнении F  
.

2
10
r
r
4. (1) Показать, что потенциальная энергия имеет минимум при r = а0, если сила
10
Aa02 Ba0

взаимодействия между ионами дается уравнением F  
. (2) Для ионного
2
10
r
r
кристалла вычислить уменьшение энергии решетки (в процентах) связанное с учетом
силы отталкивания.
5. Определить величину постоянной А в уравнении для силы взаимодействия двух ионов
10
Aa02 Ba0

(F  
), если энергия связи на один ион в кристалле хлористого натрия
2
10
r
r
равна 1.2910
-18
Дж и равновесное расстояние r0 равно 0.281 нм.
6. (1) Потенциальная энергия взаимодействия двух нейтральных молекул, находящихся
Aa06 Ba12
 0 . Вычислив силу
друг от друга на расстоянии r дается уравнением E (r )  
6
12
r
r
взаимодействия между молекулами установить связь между постоянными А и В.
(2) Потенциальная энергия может быть также записана в другой форме:
  12    6 
E (r )  4       . Показать, что   a0 2 1 6 и  является энергией связи.
 r 
 r  
Вариант индивидуального задания по теме «Кристаллическая решетка»
Правила определения индексов Миллера (William Miller):
 определить точки пересечения с осями в единицах векторов трансляции a, b, c;
 записать обратные величины каждого числа
 представить отношение этих обратных величин как отношение наименьших целых
чисел h, k, l, имеющих отношение указанных дробей;
 величины h, k, и l называются индексами Миллера, заключаются в круглые скобки
(hkl)и определяют кристаллическую плоскость.
1. Определить индексы Миллера для плоскости,
показанной на рисунке.
2. В решетке с векторами трансляций a, b, c плоскость пересекает оси в точках 2a, -b, и c.
Определить индексы Миллера плоскости и направление, перпендикулярное к ней.
3. Представить графически плоскость (012) в простой кубической решетке.
4. Сколько атомов приходится на одну элементарную ячейку в кристаллах с простой,
объемноцентрированной и гранецентрированной кубической структурой?
Отв.: 1;2;4.
5. Определить максимальный радиус сферы, которая может быть помещена в
гранецентрированную кубическую структуру без изменения позиции других атомов.
6. Определить максимальный радиус сферы, которая может быть помещена в
объемноцентрированную кубическую структуру без изменения позиции других атомов.
7. Доказать, что направление [hkl] в кубической решетке нормально к плоскости (hkl).
8. Какие плоскости в структуре гранецентрированного куба и объемноцентрированного
куба имеют наибольшую плотность упаковки атомов? В каких направлениях в этих
плоскостях линейная плотность расположения атомов максимальна?
9. Определить постоянную кристаллической решетки алюминия (гранецентрированный
куб).
Отв.: 4,04 Å. Плотность алюминия 2,6 г·см-3.
Вариант контрольной работы по теме «Свободные электроны в металле»
1. Запишите основные соотношения теории Друде - Лоренца.
2. Какова связь времени релаксации и времени свободного пробега, даваемая теорией
Друде - Лоренца?
3. Что понимается под дыркой в модельных представлениях об электропроводности
кристалла?
4. Какова связь длины свободного пробега с температурой электронного газа в теории
Друде - Лоренца? Произведите оценку длины свободного пробега.
5. Вычислить энергию Ферми при Т = 0 К для алюминия. Считать, что на каждый атом
алюминия приходится три свободных электрона. Отв.: 12 эВ.
6. Найти разницу энергий (в единицах kBT) между электроном, находящимся на уровне
Ферми, и электронами, находящимися на уровнях, вероятности заполнения которых
равны 0,20 и 0,80.
Отв.: -1,38 kBT и +1,38 kBT.
7. Какова вероятность заполнения электронами в металле энергетического уровня,
расположенного на 0,01 зв ниже уровня Ферми, при температуре +18° С?
Отв.: 0,6.
8. При какой концентрации свободных электронов в кристалле температура вырождения
электронного газа в нем равна 0° С? Отв.: п = 1,86·1025 м3.
9. Как и во сколько раз изменится вероятность заполнения электроном энергетического
уровня в металле, если он расположен на 0,1 эВ выше уровня Ферми и температура
изменяется от 1000 до 300 К?
Отв.: уменьшится в 11,4 раза.
10. Вычислить суммарную кинетическую энергию электронов проводимости в 1см3 цезия
при 0 К. Отв.: 1280 Дж.
11. Исходя из функции распределения электронов проводимости по энергиям, получить
функцию распределения их в металле по скоростям при температурах Т = 0К и Т.
Изобразить примерный вид графиков этой функции для обеих температур.
12. Определить, какая часть электронов проводимости в металле при Т = 0 К имеет
кинетическую энергию, большую 0,5 ЕF. Отв.: 0,65.
13. Закон дисперсии. Основные свойства закона дисперсии для электрона в кристалле.
Геометрическое представление закона дисперсии.
Вариант контрольной работы по теме «Зонная структура твердых тел»
1. Как образуются зоны разрешенных энергий электронов в кристаллах?
2. Каковы длины волн де Бройля для электрона, движущегося у верхнего или нижнего
края свободной зоны?
3. В чем смысл адиабатического и одноэлектронного приближений при решении
уравнения Шредингера для электрона в кристалле? Вид волновой функции и энергии в
рамках этих приближений.
4. Что такое зона Бриллюэна? Сформулируйте правило построения зон Бриллюэна.
5. Сущность приближений почти свободных и почти связанных электронов. Какие
основные выводы можно сделать из решения уравнения Шредингера этими методами.
Какие еще методы решения вы знаете?
6. Чем отличаются зонные схемы для полупроводников, диэлектриков и металлов?
7. Перечислите различные типы локальных уровней энергии электронов в запрещенной
зоне.
8. Что понимается под идеальной кристаллической решеткой? Как идеальная решетка
воздействует на движение электрона по кристаллу?
9. Эффективная масса электрона в кристалле. Ее физический смысл.
10. Связь эффективной массы с кривизной изоэнергетической поверхности, скоростью и
квазиимпульсом.
Вариант контрольной работы по теме «Тепловые свойства твердых тел»
1.Вычислить минимальную длину волны Дебая в титане, если его характеристическая
температура 5° С, а скорость распространения звука
6103 мc-1 . Отв.: 10,2 Å.
2. Какова максимальная энергия фононов в кристалле свинца, если характеристическая
температура его 94 К? Отв.: 8,210-2 эВ.
3. Какова удельная теплоемкость цинка при 100° С?
Отв.: 0,092 кал г-1град-1.
4. Удельная теплоемкость алюминия при 20° С равна 840 Джкг-1К-1. Выполняется ли при
этой температуре для него закон Дюлонга и Пти?
Отв.: нет.
5. На нагревание металлического предмета массой 100 г от 20 до 50° С затрачено 8300 Дж.
Определить, из какого металла изготовлен предмет, если указанный интеграл температур
выше характеристической температуры.
Отв.: бериллий.
6. Из уравнения k B  D  h D следует, что величина  D пропорциональна  D (а,
следовательно, приблизительно пропорциональна  ). В соответствии с уравнением

1 
частота  пропорциональна квадратному корню из силовой постоянной и
2 m
обратно пропорциональна квадратному корню из массы атома. Следовательно, величина
 D должна быть больше для легких, жестких металлов и меньше для тяжелых металлов с
небольшими модулями упругости. Всегда ли это справедливо? Привести примеры.
7. Вычислить удельную теплоемкость алмаза при температуре 30К.
Отв.: 1,3 10-4 калг-1 град-1.
8. Кристаллическое тело в состоянии возбуждения упругих тепловых колебаний можно
рассматривать как систему N различных независимых квантовогармонических
осцилляторов с одинаковой угловой частотой со (модель Эйнштейна). Вывести
выражение для закона распределения системы. Вычислить среднюю энергию системы при
высоких и низких температурах. Найти удельную молярную теплоемкость С для обоих
предельных случаев и проанализировать справедливость модели в этих случаях.
9. Удельная теплоемкость решетки определенной модификации углерода зависит от
температуры как T 2, а не как T 3, что обычно имеет место для твердых тел. Что можно
сказать о структуре этой специфичной фазы углерода? (Есть решение для
самопроверки)
Темы индивидуальных заданий (рефераты) выдаются в соответствии с темой
магистерской работы
6.3
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как
единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны
преподавателей. Текущий и итоговый контроль производится в
соответствии с рейтинговой системой.
6.4Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для самостоятельной работы студентов используется учебное
пособие
Пичугин В.Ф. Теория и свойства кристаллов и неупорядоченных материалов.
 Томск: Изд-во ТПУ, 2003.  273 с., а также электронный курс,
размещённый в среде Web
При изучении специальных дисциплин ООП магистратуры и
выполнении выпускной квалификационной работы обучающимся
предоставляется возможность использования научного оборудования
университета, а также возможность пользования электронными
изданиями через сеть Интернет в компьютерных классах и через
персональные компьютеры кафедр.
Для обучающихся обеспечены возможности оперативного
обмена
информацией с отечественными и зарубежными вузами,
предприятиями и
организациями, доступ к современным профессиональным базам
данных,
информационным справочным и поисковым системам: электронным
каталогам и библиотекам, словарям, электронным версиям
литературных и научных журналов.
Библиотечные фонды включают следующие ведущие отечественные
и
зарубежные журналы:
1. Акустический журнал
2. Деформация и разрушение материалов
3. Журнал вычислительной математики и математической физики
4. Журнал технической физики
5. Журнал экспериментальной и теоретической физики
6. Заводская лаборатория. Диагностика материалов
7. Известия высших учебных заведений. Сер. Физика
8. Известия Российской Академии наук. Сер. Физическая
9. Металлы
10. Оптика и спектроскопия
11. Письма в журнал "Физика элементарных частиц и атомного ядра"
12. Письма в журнал технической физики
13. Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики
14. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные
исследования
15. Прикладная механика и техническая физика
16. Теоретическая и математическая физика
17. Теоретическая физика
18. Теплофизика высоких температур
19. Теплофизика и аэродинамика
20. Успехи физических наук
21. Физика в школе
22. Физика горения и взрыва
23. Физика металлов и металловедение
24. Физика твердого тела
25. Физика элементарных частиц и атомного ядра
26. Физическое образование в вузах
27. Ядерная физика
Студенты в процессе обучения могут воспользоваться профильными
научными журналами как в традиционной форме на бумажном или
электронном носителе, так и в виде полнотекстовых статей из баз
данных научных журналов, к которым у ТПУ имеется доступ по сети
Интернет:
1. Реферативный журнал ВИНИТИ
2. Полнотекстовая БД диссертаций РГБ ( http://rsl.ru)
3. Научная электронная библиотека РФФИ (Elibrary)
(http://elibrary.ru/defaultx.asp)
4. Коллекция журналов по педагогике и психологии (Elibrary)
(http://elibrary.ru/defaultx.asp)
5. БД SpringerLink (http://www.springerlink.com/)
6. БД издательства ELSEVIER (http://www.sciencedirect.com/)
7. Полнотекстовая коллекция Американского физического общества
(http://scitation.aip.org/, http://prola.aps.org/)
8. Коллекция журналов издательства Оксфордского университета
(http://www.oxfordjournals.org/)
9. Словари и справочники издательства Оксфордского университета
(http://www.oxfordreference.com/pub/views/home.html)
10. БД издательства Cambridge University Press
(http://journals.cambridge.org/action/)
11. Журналы NATURE PG (http://www.nature.com/)
12. БД издательства Taylor&Francis (MetaPress)
(http://www.metapress.com/home/main.mpx)
13. SWETSWISE (https://www.swetswise.com/public/)
14. Oxford University Press
(http://www.oxfordjournals.org/for_librarians/collection_sales.html)
15. Royal Society Digital Journal Archive
(http://rstl.royalsocietypublishing.org/)
16. Университетская библиотека ONLINE (http://www.biblioclub.ru/)
17. Университетская информационная система Россия
(http://uisrussia.msu.ru/is4/main.jsp)
18. Архив электронных препринтов (http://xxx.lanl.gov)
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества
освоения модуля (дисциплины)
Указываются средства (ФОС) оценки текущей успеваемости и
промежуточной аттестации студентов по итогам освоения модуля
(дисциплины), в том числе перечень вопросов, ответы на которые дают
возможность студенту продемонстрировать, а преподавателю оценить
степень усвоения теоретических и фактических знаний на уровне знакомства;
заданий, позволяющих оценить приобретенные студентами практические
умения на репродуктивном уровне; задач для оценки приобретенных
студентами когнитивных умений на продуктивном уровне; проблем,
позволяющих
оценить
профессиональные
и
универсальные
(общекультурные) компетенции студентов.
В целях активизации работы студентов, повышения потребности в
углубленном изучении отдельных разделов и необходимости вызвать
регулярную самостоятельную работу студентов с литературой создан фонд
оценочных средств (ФОС) оценки текущей успеваемости и промежуточной
аттестации
студентов,
который
представляет
собой
комплект
контролирующих материалов следующих видов:
 Входное тестирование проводится на одном из первых занятий. Для
него разработаны 25 вариантов тестов по 15 заданий в каждом. Данные
тестирования становятся исходными для определения динамики
дальнейшего формирования знаний, умений, навыков.
 Контрольные работы. Проверяется степень усвоения теоретического
материала и применения знаний для решения задач разного уровня
сложности.
 Вопросы к коллоквиумам, которые проводятся, как правило, дважды в
семестре, представляет собой перечень вопросов (их от 20 до 40) по
лекционному материалу, по темам, вынесенным на СРС. Проверяется
при этом знание фундаментальных законов физики, определений,
физических принципов, уравнений, описывающих основные
физические процессы.
 Разработан пакет коротких вопросов по каждой из лекций. Эти
вопросы предлагаются студентам на лекции и требуют быстрого и
точного ответа (экспресс-опрос). Позволяют оценить степень усвоения
текущего теоретического материала.
 Экзаменационные билеты для проведения экзамена в письменной
форме содержат два теоретических вопроса задачу и тесты.
 Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить
степень усвоения теоретических и практических знаний, повышают
объективность и дифференцируемость оценки, способствуют
формированию профессиональных и общекультурных компетенций
студентов, органично вписываются в систему рейтинга.
Вопросы к экзамену
1. Свойства микрочастиц. Волны и частицы. Плотность состояний
2. Уравнение Шредингера. Свободные электроны
3. Полубесконечный прямоугольный потенциальный барьер.
Прямоугольный барьер конечной ширины
4. Глубокая прямоугольная потенциальная яма. Атомы. Заполнение
электронных оболочек
5. Типы межатомных связей. Вандерваальсово взаимодействие.
Ковалентная связь
6. Ионная связь. Электроотрицательность атомов. Водородная связь.
Металлическая связь
7. Анизотропия и макроскопическая симметрия кристаллов
8. Операции симметрии. Трансляционная симметрия
9. Двумерные кристаллические решетки. Трехмерные кристаллические
решетки
10.Кристаллографические плоскости и направления. Положение узлов
элементарной ячейки
11.Простые кристаллические структуры. Дифракция как метод
исследования
12.Использование трех типов излучения. Условие дифракции Брэгга
13.Упругие свойства твердых тел. Закон Гука
14.Пластические свойства кристаллических веществ. Хрупкое
разрушение. Колебания атомов в кристаллах
15.Одномерные колебания однородной струны. Упругие волны в
монокристаллах. Колебания одноатомной линейной цепочки
16.Колебания двухатомной линейной цепочки. Колебания атомов
трехмерной решетки
17.Статистика фононов и теплоемкость решетки. Классическая модель
для вычисления энергии решетки.
18.Модель Эйнштейна. Модель Дебая.
19.Типичные свойства металлов. Классическая теория свободных
электронов
20.Модель Друде–Лоренца для электропроводности твердых тел. Модель
Лоренца Квантовая теория свободных электронов в металле.
Статистика Ферми - Дирака
21.Модель металлической проводимости Зоммерфельда
22.Уравнение Шредингера для кристалла. Адиабатическое приближение
23.Периодическое поле решетки кристалла. Зоны Бриллюэна
24.Модель Кронига-Пенни.
25.Металлы, диэлектрики, полупроводники. Эффективная масса.
Элементарная теория локальных состояний
26.Классификация веществ по величине проводимости. Модельные
представления о проводимости полупроводников
27.Собственная и примесная проводимость. Элементарная теория
примесных состояний
28.Функция плотности состояний для электронов и дырок. Вычисление
концентрации электронов в зоне проводимости и дырок в валентной
зоне
29.Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике.
Нахождение ширины запрещенной зоны в собственном
полупроводнике
30.Статистика примесных состояний в полупроводниках. Концентрация
электронов в полупроводниках с одним типом примеси. Температурная
зависимость концентрации носителей заряда в реальных
полупроводниках
31.Вырожденные примесные полупроводники
32.Работа выхода. Термоэлектронная эмиссия
33.Эмиссия во внешнем поле и автоэлектронная эмиссия. Искривление
энергетических зон во внешнем электрическом поле
34.Контактная разность потенциалов. Контакт металл – полупроводник
35.Электронно - дырочный переход в полупроводниках. Вольт - амперная
характеристика p-n перехода
36.Другие виды контактов. Гетеропереходы.
37.Поляризация диэлектриков без проводимости в постоянном поле.
38.Поляризация диэлектрика. Поле Лоренца
39.Уравнение Клаузиуса – Мосотти. Поляризуемость
40.Электронная поляризуемость. Ориентационная (дипольная)
поляризуемость
41.Поляризация твердых ионных диэлектриков и гетерогенных смесей.
Поляризация диэлектриков в переменном поле и диэлектрические
потери
42.Переходные процессы при включении и выключении поля.
Поляризация в переменном поляризующем поля
43.Диэлектрические потери в диэлектриках с релаксационной
поляризацией и сквозной проводимостью. Тангенс угла
диэлектрических потерь
44.Комплексная диэлектрическая проницаемость. Диаграммы КоулаКоула
45.Классификация дефектов. Точечные дефекты в состоянии теплового
равновесия
46.Диффузия. Коэффициент диффузии. Поверхностные дефекты.
47.Дислокации. Краевые дислокации. Винтовые дислокации
48.Контур и вектор Бюргенса. Энергия дислокации
49.Движение дислокации. Подвижность и размножение дислокации.
Взаимодействие дислокаций
50.Структура неупорядоченных материалов. Электроны в
некристаллической среде
51.Локализованные состояния. Аморфные веществ
8. Рейтинг качества освоения модуля (дисциплины)
Для осуществления текущей и итоговой оценки качества освоения модуля
(дисциплины) используется банк контролирующих материалов по
дисциплине «Дефекты в твердых телах и модифицирование материалов»,
включающий в себя: тесты входного контроля, вопросы текущего контроля,
тесты рубежного контроля, итоговые семестровые испытания (вопросы).
В соответствии с рейтинговой системой текущий контроль производится
ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения
теоретического материала (ответы на вопросы) и результатов практической
деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем).
Промежуточная аттестация (экзамен) производится в конце семестра
также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется
суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов
промежуточной аттестации в конце семестра по результатам экзамена или
зачета.
В результате работы в аудитории и выполнения домашних заданий в
течение семестра студент получает 60 (максимальный рейтинг), при сдаче
экзамена студент может дополнительно получить 40 баллов.
Подсчет рейтинга в течение семестра производится согласно «Рейтингплан освоения модуля (дисциплины) в течение семестра» (табл.№3).
Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение семестра
(файл Рейтинг_ПланБатурин.xls)
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
модуля (дисциплины)












 основная литература:
Киттель Ч. Введение в физику твердого тела, Москва «Наука», 1989
Блейкмор Дж. Физика твердого тела, Москва, «Мир», 1988
Павлов П.В., Хохлов А.Ф., Физика твердого тела, Москва, ВШ. 2000
Киреев П.С. Физика полупроводников. Учебн. пособие для втузов. М:,
«Высшая школа», 1975
Ziman J.M. Electrons and Phonons, Clarendon Press, Oxford, 2001, p.p.554
Turton R. The Physics of Solids, Oxford University Press, 2000, p.p.418
Hummel R.E. Electronic Properties of Materials, Springer, 2000, p.p.438
Peter Y.Yu., Manuel Cardona Fundamentals of Semiconductors, Springer,
2001, p.p.639
Медведев С.А. Введение в технологию полупроводниковых материалов,
М., «Высшая школа», 1970
Фистуль В.И. Сильно легированные полупроводники. М.: Наука, 1965.
Горбачев, Спицына Л.Г., Физика полупроводников и металлов, М.:
Металлургия, 1976
Жирифалько Л., Статистическая физика твердого тела, М:. Мир. 1975
 дополнительная литература:















Верещагин И.К., Кокин С.М., Никитенко В.А., Селезнев В.А., Серов
Е.А. Физика твердого тела, Уч. пособ. Для втузов, М.: Высш.шк., 2001237с.
Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических
веществах. М.: Мир. т.т.1,2.1982
Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г., Физика полупроводников М.:
Наука, 1977
Спроул Р. Современная физика. Квантовая физика атомов, твердого тела
и ядер. - М.: Наука, 1974.
Шалимова К.В. Физика полупроводников. - М.: Энергия, 1971.
Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. -Л.:
Наука, 1972.
Милнс А., Фойхт Д. Гетеропереходы и переходы металлполупроводник. - М.: Мир, 1975.
Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. - М.: Энергоиздат,
1982.
Преображенский А.А. Магнитные материалы и элементы. - М.: Высш.
школа, 1976.
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. -М.:
Высш. школа, 1986.
Гурвич А.М. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. М.:Высш.шк, 1982.
Физическое металловедение / Под ред. Р.Кана. - М.: Мир, т. 1, 1967,т. 2
и 3, 1968.
Булярский С.В., Фистуль В.И. Термодинамика и кинетика
взаимодействующих дефектов в полупроводниках. - М.: Наука, 1997.
Гусев А.И., Ремпель А.А., Нанокристаллические материалы Москва,
Физматлит, 2001.
Лекции в Web CT;
10. Материально-техническое обеспечение модуля
(дисциплины)
Имеющаяся материальная база обеспечивает:
проведение лекций – различной аппаратурой для демонстрации
иллюстративного материала; проведение семинарских занятий –
компьютерами для выполнения вычислений и использования
информационных систем. При использовании электронных изданий
каждый обучающийся во время самостоятельной подготовки
обеспечен рабочим местом в компьютерном классе с выходом в
Интернет в соответствии с объемом изучаемых дисциплин.
Для обработки результатов измерений и их графического
представления, расширения коммуникационных возможностей
обучающиеся имеют возможность работать в компьютерных классах с
соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки
_____________________________________________________________.
Автор(ы)
Проф. КЭиТФ ФТИ В.Ф. Пичугин
Доц. КОФ ФТИ А.А. Батурин
Рецензент, профессор каф. ОФ ФТИ Ю.Ю.Крючков
Программа одобрена на заседании
________________________________
__________________________________________________________
(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).