Современные проблемы физики конденсированного состояния

Аннотация

Экспериментальные исследования в области физики конденсированного состояния представляют одно из наиболее актуальных направлений развития физики. В настоящее время исследования ведутся в таких актуальных направлениях как высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП), гигантское магнитосопротивление, углеродные материалы, полимеры, материалы для альтернативных источников энергии, магнитное охлаждение и другие. В связи с этим, получение базисных знаний об особенностях синтеза и свойствах современных материалов, а также перспективах их применения на практике является важным для полноценного образования в области физики твердого тела. Курс дает знания о наиболее современных подходах к экспериментальному изучению данных материалов и демонстрирует общие черты фазовых переходов в широком круге объектов исследования, подпадающих под определение конденсированного состояния вещества.

Программа курса

Введение. Новые направления исследований. Классификация. Предмет физики конденсированного состояния вещества. Материалы. Свойства. Применения. Характерные массы и количества. Характерные размеры и энергии. Силы и обменное взаимодействие.
Самоорганизация и ее движущие силы.
ВТСП. Примеры ВТСП-материалов. Эффект одноэлектронного туннелирования и его применение. Существующие и возможные применения ВТСП-материалов.
Фазовые переходы 1-го и 2-го рода. Метастабильные состояния. Флуктуации. Критическое состояние. Корреляции. Кластеры. Общие черты и особенности фазовых переходов в различных формах конденсированного состояния вещества. Эконотермодинамика.
Методы экспериментального исследования. Сканирующие зондовые микроскопы: АСМ и МСМ, СТМ, ССМ и др. Взаимодействие зонда с исследуемым объектом.
Упорядоченное состояние. Параметр порядка. Дефекты, дислокации и примеси, и их влияние на фазовые переходы. Симметрия. Оси симметрии 5-го порядка. Квазикристаллы. Мозаика Пенроуза. Золотая пропорция. Квазипериодичность. Симметрия 5-го порядка в живой природе. Неупорядоченное состояние вещества. Композиционный беспорядок. Промежуточное состояние. Пространственная размерность системы.
Статические и динамические напряжения в твердых телах. Закон Гука и стресс-тест банков. Тепловые свойства твердых тел. Поведение теплоемкости при фазовых переходах. Влияния магнитного поля на положение максимума теплоемкости.
Магнитокалорический эффект
Магнитное охлаждение.
Сплавы и соединения специального назначения. Материалы, изменяющие форму под действием внешних полей. Сплавы с элементами памяти формы. Сверхпластичные материалы. Сверхчистые материалы. Многослойные материалы
Наноуглеродные материалы. Фуллерены. Фуллериты. Фуллериды. Нанотрубки.
Графен. Графан. Электронные, структурные, механические и магнитные свойства. Перспективы и проблемы применения.
Создание новых сверхтвердых и углеродных материалов. Кубический нитрид бора. Азот-углеродные материалы. Абразивы. Синтетические алмазные порошки и микропорошки.
Керамические материалы. Полимеры. Композитные и текстурированные материалы. Композиты на основе полимеров. Металлосодержащие полимерные соединения. Биополимеры и биоматериалы.

Литература

Основная литература

M. D. Kuz'min and A. M. Tishin. Handbook of Magnetic Materials, v. 17, Chapter Three, Theory of crystal-field effects in 3d-4f intermetallic compounds. Elsevier science BV, Amsterdam, Netherlands (2008).
И. В. Яминский, А. М. Тишин, Магнитно-силовая микроскопия поверхности // Успехи химии 68, 187 (1999).
A. M. Tishin, Y. I. Spichkin. The Magnetocaloric Effect and Its Applications. IOP Publishing, Ltd., Bristol, UK, 2003, 475 p.
А. М. Тишин, Память современных компьютеров // Соросовский образовательный журнал 7, 116 (2001).
A. M. Tishin, Magnetocaloric Effect: From Theory to Practice, Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Editors-in Chief K. H. J. Buschow, R. W. Cahn, M. C. Flemings, B. Ilschner, E. J. Kramer, S. Mahajan, Elsevier Science Ltd., 5035 (2001).
А. М. Тишин, С. В. Халилов, Пористые материалы с внедренными наночастицами, способы изготовления и применения // Патент на изобретение RU2410402C2 (2011).

Дополнительная литература

M. D. Kuz'min, A. S. Chernyshov, V. K. Pecharsky, K. A. Gschneidner, Jr., and A. M. Tishin, Temperature dependence of the ferromagnetic order parameter in Gd, Tb and Dy // Phys. Rev. B 73, 132403 (2006)
A. S. Chernyshov, A. O. Tsokol, A. M. Tishin, K. A. Gschneidner, Jr., V. K. Pecharsky, Magnetic and magnetocaloric properties and the magnetic phase diagram of single-crystal dysprosium // Phys. Rev. B 71 184410 (2005).
V. K. Pecharsky, K. A. Gschneidner, Jr., A. O. Pecharsky and A. M. Tishin, Thermodynamics of the Magnetocaloric Effect // Phys. Rev. B 64, 144406 (2001).
A. M. Tishin. Handbook of Magnetic Materials, v. 12, Chapter Four, Magnetocaloric effect in the vicinity of phase transitions. Elsevier science BV, Amsterdam, Netherlands (1999).
A. M. Tishin, K. A. Gschneidner, Jr., V.K . Pecharsky, Magnetocaloric effect and heat capacity in the phase-transition region // Phys. Rev. B 59, 503 (1999).
S. Yu. Dan'kov, A. M. Tishin, V. K. Pecharsky, K. A. Gschneidner, Jr., Magnetic phase transitions and the magnetothermal propeties of gadolinium // Phys. Rev. B 57, 3478 (1998)
А. М. Тишин, В. И.Зверев, Применение квантовой механики для описания поведения бизнес структур // Динамика сложных систем 3, 41 (2009).
A. M. Tishin, O. B. Baklitskaya-Kameneva, Thermodynamic Description of Macroeconomics. Proceedings of 3rd international Conference on Magnetic Refrigeration at Room Temperature, Des Moines, Iowa, USA, May 11-15, 2009, p.497-505.
V. I. Zverev, A. M. Tishin, M. D. Kuz'min, The maximum possible magnetocaloric ΔT-effect // J. Appl. Phys. 107, 043907 (2010).
A. M. Tishin, Y. A. Koksharov, J. Bohr, G. B. Khomutov, Evidence for magnetic ordering in ultrathin gadolinium Langmuir-Blodgett film // Phys. Rev. B 55, 11064 (1997).
O. V. Snigirev, K. E. Andreev, A. M. Tishin, S. A. Gudoshnikov and J.Bohr, Magnetic properties of thin Ni films measured by a dc SQUID -based magnetic microscope // Phys. Rev. B 55, 14429 (1997).
G. B. Khomutov, A. M. Tishin, S. N. Polyakov, J. Bohr, Effect of anion type on monolayers and Langmuir — Blodgett films of gadolinium stearate // Colloids and Surfaces 166, 33 (2000).
Yu. A. Koksharov, S. P. Gubin, I. D. Kosobudsky, M. Beltran, Y. Khodorkovsky and A.M. Tishin, Low temperature electron paramagnetic resonance anomalies in Fe-based nanoparticles // J Appl. Phys. 88, 1587 (2000).
A. M. Tishin, O. V. Snigirev, G. B. Khomutov, S. A. Gudoshnikov, J. Bohr, Magnetic volcanos in gadolinium Langmuir — Blodgett films // J. Magn. Magn. Mater. 234, 499 (2001).

Другие спецкурсы программы

Спецкурсы