Кафедра № 25 “ Физика твердого тела ”

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

(для групп Т6-25, Т6-25а) 

 

1 неделя   1. Предмет изучения физики твердого тела.

Твердые тела, жидкости и газы. Ближний и дальний порядок. Кристаллические и аморфные тела. Жидкие кристаллы и твердые жидкости. Изотропные и анизотропные тела. Неупорядоченные структуры.

2 неделя   2. Природа сил взаимодействия между атомами в кристаллах.

Электронная структура свободного атома, ее роль во взаимодействии между атомами и формировании свойств вещества в конденсированном состоянии. Валентное состояние атома, валентный угол. Правило октета. Насыщаемость, направленность, длина и кратность связей. Химическая, физическая, водородная и эксимерная связь.

Взаимодействие между атомами одного и того же элемента.

Металлическая и ковалентная гомеополярная связь.   Связь Ван-дер-Ваальса, кристаллы инертных газов.

3 неделя  Взаимодействие между атомами разных элементов. Ионная и ковалентная гетерополярная связь. Координационная (донорно-акцепторная)и водородная связь. Двойные связи.

Комбинированная связь. Кристаллы одноименных и разноименных двухатомных и многоатомных газов.

4 неделя 3. Структура твердого тела.

Понятие структуры твердого тела. Макро и микроструктура. Представление о методах изучения структуры.

Симметрия кристаллов.

Элементы симметрии и операции симметрии. Открытые и закрытые элементы симметрии. Внешняя и внутренняя симметрия. Простые элементы и операции симметрии. Центр инверсии, отражение в точке. Ось симметрии, преобразование симметрии относительно поворотной оси, порядок оси симметрии. Плоскость симметрии, зеркальное отражение в плоскости симметрии. Представление о сложных элементах и операциях симметрии, инверсионная и винтовая оси симметрии, плоскость скользящего отражения.

5 неделя Группы симметрии кристаллов. Единичные и повторяющиеся направления. Классификация групп симметрии. Точечные и векторные группы. Категории, группы, классы, типы, системы, сингонии. Решетки Бравэ.
Представление о двухцветных и многоцветных группах.

Кристаллографические обозначения. Индексы и символы узла, направления, плоскости. Четыре индекса.

Примеры типичных структур чистых элементов.

6 неделя Дефекты структуры твердого тела, образованного атомами одного элемента. ("Собственные" дефекты кристаллической структуры.)

Точечные дефекты. Вакансии по Шоттки. Бйвакансии и вакансионные кластеры. Внедренные атомы. Парные дефекты по Френкелю. Генераторы вакансий. Температурная зависимость равновесной концентрации вакансий. Представление о роли точечных дефектов в формировании свойств кристалла.

Линейные дефекты. Краевые и винтовые дислокации. Образование дислокаций. Переползание дислокаций. Представление о роли линейных дефектов в формировании свойств кристалла.

Представление о плоских и объемных дефектах. Границы кристаллитов. Дефекты упаковки. Двойники. Мозаичная структура.

7  неделя   Примеры кристаллической структуры  твердого  тела,     образованного атомами двух и большего числа элементов.

Дефекты кристаллической структуры твердого тела, образованного атомами нескольких элементов. ("Примесные" дефекты кристаллической структуры). Примесный растворенный одиночный атом - точечный дефект структуры. Комплекс вакансия-примесный атом.

8  неделя   Фазовые составляющие твердого тела,    образованного атомами двух и более элементов.

Понятие компонента, фазы и степени свободы. Правило фаз Гиббса.

Твердые растворы. Растворимость в твердом состоянии. Типы твердых растворов, растворы замещения и растворы внедрения. Факторы, управляющие образованием твердых растворов замещения и внедрения, значение электронной концентрации. Идеальный твердый раствор. Радиус однородности. Упругая деформация в твердых растворах.. Периоды решетки твердых растворов. Закон Вегарда. Кооперативные явления при образовании твердых растворов, упорядоченный твердый раствор, типы сверхструктур, дальний и ближний порядок. Понятие о солитонных решениях, восходящая диффузия, облака Котрелла, зоны Гинье. Экспериментальное определение предела растворимости и действительных атомных размеров в твердых растворах. Температурная зависимость предела растворимости.

9 неделя   Промежуточные соединения. Стехиометрические промежуточные фазы, электронные соединения, фазы Лавеса, сигма-фазы, полупроводниковые промежуточные фазы, дефектные структуры, промежуточные фазы внедрения, растворы вычитания.. Фазы со структурой типа Cu₅Ca, NiAs, CaF₂ и β-вольфрама. Периоды решетки промежуточных фаз. Связь формульной единицы и строения элементарной  ячейки.
10 неделя  Понятие о диаграммах фазового равновесия.

Бинарные системы. Непрерывный ряд твердых растворов. Механическая смесь, эвтектика, эвтектоид. Системы с промежуточными соединениями. Системы с перитектическими и перитектодными реакциями. Частичная растворимость.

Представление о диаграммах для многокомпонентных систем.
11 неделя   4. Понятие об атомной диффузии в твердом теле.

Диффузия атомов внедрения и замещения. Механизмы миграрации атомов в кристалле. Самодиффузия и гетеродиффузия. Взаимная диффузия и эффект Киркендалла.

12 неделя   Температурная зависимость коэффициента диффузии.   Связь частотного множителя и энергии активации.

Роль диффузии в формировании структуры и свойств   твердого   тела. Возможность реализации термодинамического равновесия структуры в кристалле.

13 неделя   5. Понятие об обратном пространстве и квазичастицах.

Обратная решетка. Вектор обратной решетки и его свойства. Построение элементарной ячейки в обратном пространстве. Зона Бриллюэна.

Длина волны де Бройля, волновой вектор, квазиимпульс. Представление об элементарных возбуждениях и квазичастицах, фононы, электроны проводимости, плазмоны, поляроны, магноны. Обратное пространство, пространство квазиимпульсов, k-пространство.

Педставление о связи энергии и   квазиимпульса   в   зоне Бриллюэна. Закон Вульфа-Брэгга, поведение квазичастиц в кристалле.

14 неделя 6. Представление о способах очистки и легирования вещества, методах получения монокристаллов.

Понятие степени чистоты. Химическая, физическая, ядерная, спектральная и электрическая чистота. Сертификация по чистоте и обозначение четырех классов (марок) чистоты.

Получение исходных материалов высокой чистоты. Экстракция из растворов. Электролиз из растворов и расплавов. Металлотермическое восстановление.

Глубокая очистка. Вакуумная плавка в высокочистом тигле. Гарнисажная щдукционная плавка. Дуговая и электронно-лучевая плавка на холодном поду. Вакуумная дистилляция. Транспортные реакции при термическом разложении летучих соединений. Зонная очистка.

15 неделя Представление о методах легирования чистых веществ и получения из них высоко чистых соединений. Совместная плавка. Совместное осаждение из газовой фазы. Облучение и ядерные реакции. Диффузионное насыщение с поверхности. Имплантация.

Получение монокристаллов. Направленная перекристаллизация в твердом виде при полиморфном превращении. Направленная кристаллизация в высоко чистом тигле, метод Бриджмена. Вытягивание из расплава, метод Чохральского. Дуговая или электронно-лучевая тигельная зонная перекристаллизация на холодном поду. Бестигельная  зонная перекристаллизация.

 

ЛИТЕРАТУРА ОСНОВНАЯ

 

1	539.2 К-45	Киттель Ч., Введение в физику твердого тела. М.: Наука, , 1978.
2*	539.2 А-98	Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела.. т.1-2. М.: Мир  1979
3	539.2 Б-68	Блейкмор Дж., Физика твердого тела..  М.: Мир, 1988.
4	530.5 У-98	УэртЧ., Томсон Р., Физика твердого тела.. М.: Мир, 1964.

 

ЛИТЕРАТУРА ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

 

1*	539.2 М-13	Маделунг О. Теория твердого тела.. Наука , 1980.
2*	530 З-17	Займан Дж. Принципы теории твердого тела.. Мир, 1974.
3	530.5 Х-21	Харрисон У. Теория твердого тела.. Мир, 1972.
4*	539.2 (075) Е-67	Епифанов Г.И. Физика твердого тела.. Высшая школа, 1977.
5*	530.5 Ж-42	Жданов Г.С. Лекции по физике твердого тела.. МГУ, 1988.
6*	530.5 Ф-50	Жданов Г.С. Физика твердого тела.. Атомная структура.. МГУ, 1972.
7*	539.2 Я-85	Ястребов Л.И., Канцельсон А.А. Основы одноэлектронной    теории твердого тела.. Наука, 1981.
8*	669 Ф-50	Кан Р. Физическое металловедение, т.1, Атомное строение металлов и сплавов. Мир, 1967.
9*	539.2 (075) П-63	Постников B.C. Физика и химия твердого тела.. Металлургия, 1978.
10*	548 О-67	Ормонт   Б.Ф.   Введение   в   физическую   химию   и   кристаллохимию полупроводников. Высшая школа, 1973
11*	621.7 Н-20	Най Дж. Физические свойства кристаллов. Мир, 1967

 

*    Книга находится в читальном зале