Оптические и транспортные методики исследования твердых тел

Аннотация

Получение нового знания в области физики твердого тела требует предварительно изучения «базовых» характеристик объектов исследования, таких как ширина запрещенной зоны, эффективные массы, концентрация и подвижность носителей заряда и т. п. Как минимум, это позволяет убедиться в том, что реальные параметры структур соответствуют требуемым или заявленным параметрам, а также имеется соответствие экспериментальных результатов с используемыми теоретическими моделями. Лишь после определения «базовых» свойств исследуемых твердотельных структур можно переходить к исследованию более «тонких» эффектов. Цель данного курса — познакомить студентов старших курсов работе с различными методиками исследования тел, направленных на определение «базовых» свойств. Прежде всего, речь идет об оптических и транспортных методиках. Помимо теоретических занятий, раскрывающих суть методик, студентам будут демонстрироваться работа с реальным оборудованием и реальные эксперименты.

Программа курса

Введение
Зонная структура твердых тел, необходимость ее изучения. Классификация методов изучения зонной структуры. Необходимость различных подходов. Необходимость низкотемпературных измерений.
Методы низкотемпературной термометрии
Абсолютная шкала температур. Международные и национальные температурные шкалы. Первичные и вторичные термометры. Металлические и полупроводниковые термометры сопротивления. Термопары.
Методы получения криогенных температур
Техника низкотемпературного эксперимента, Устройство и принципы работы различных криостатов. Заливные и проточные криостаты. Криостаты замкнутого цикла Свойства жидкого He⁴ и его использование в низкотемпературном эксперименте. Получение температур ниже 1 К. Криостат растворения. Адиабатическое размагничивание.
Получение сильных магнитных полей
Сверхпроводящие и резистивные соленоиды. Гибридные соленоиды. Импульсные магнитные поля. Сжатие магнитного потока.
Транспортные измерения
Основные транспортные характеристики. Эффект Холла. Осцилляции Шубникова — де Гааза. Формула Лифшица — Косевича. Квантовый эффект Холла. Экспериментальная демонстрация.
Шумы в измерительных устройствах
Естественные пределы измерений. Шумы. Синхронное детектирование (аналоговое и цифровое). Строб-интегратор. Экспериментальная демонстрация.
Цифровой осциллограф
Назначение осциллографа. Отличие от аналогового осциллографа. Обзор возможностей и характеристик. Экспериментальная демонстрация.
Источники и приемники электромагнитных волн
Источники излучения для различных диапазонов длин волн. Приемники электромагнитного излучения и их основные характеристики. Тепловые и фотоэлектрические приемники. Ограничение обнаружительной способности флуктуациями фонового излучения. Терагерцевая брешь.
Циклотронный резонанс
Применение ЦР. Методики исследования ЦР. Классические и квантующие магнитные поля. Экспериментальная демонстрация.
Основы фурье-спектроскопии
Интерферометр Майкельсона, Вычисление спектров. Аподизация. Фурье-спектрометр. Непрерывное и пошаговое сканирования. Экспериментальная демонстрация.
Фотопроводимость
Классификация ФП. Условия наблюдения. Основные параметры фотопроводимости. Спектральная зависимость фотопроводимости. Экспериментальная демонстрация.
Остаточная фотопроводимость
Явление остаточной фотопроводимости. Методы изучения остаточной фотопроводимости. Применение остаточной фотопроводимости.

Литература

Основная

Г. Вентура, Л. Ризегари. Искусство криогеники. Низкотемпературная техника в физическом эксперименте, промышленных и аэрокосмических приложениях: Пер. с англ. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект». 2011. 336 c.
Н. Б. Брандт, С. М. Чудинов. Экспериментальные методы исследования энергетических спектров электронов и фононов в металлах (физические основы). М.: МГУ. 1983. 405 c.
Д. Монтгомери. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов: Пер. с англ. М.: «Мир». 1971. 384 с.
М. Уилсон. Сверхпроводящие магниты: Пер. с англ. М.: «Мир». 1985. 405 с.
Фотоприемники видимого и ИК диапазонов; под ред. Р.Дж.Киеса: Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1985. 328 с.
Р. Дж. Белл. Введение в Фурье-спектроскопию: Пер. с англ. М.: «Мир». 1975. 380 c.
М.И. Пергамент. Методы исследования в экспериментальной физике. Долгопрудный: Издательский дом “Интеллект”. 2010. 304 c.

Дополнительная

А. П. Сенченков. Техника физического эксперимента. М.: Энергия. 1983. 240 c.
Х.-И. Кунце. Методы физических измерений: Пер. с нем. М.: «Мир». 1989. 216 с.
Ф. Мейзда. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пер. с англ. М.: «Мир». 1990. 535 c.
А. Ван дер Зил. Шум. Источники, описание, измерение: Пер. с англ. М.: Советское радио. 1973. 228 с.
О. В. Лоунасмаа, Принципы и методы получения температур ниже 1 К: Пер. с англ. М.: Мир. 1977. 356 с.

Другие спецкурсы программы

Спецкурсы