Фізика конденсованого стану і квантово-розмірних систем
Спеціальність: Прикладна фізика та наноматеріали
Код дисципліни: 8.105.00.M.032
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: д.ф.-м.н. Лукіянець Б.А.
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає фориування у здобувачів освіти компетентностей:
Загальні компетентності (ЗК)
ЗК1. Глибинні знання сучасних методів проведення досліджень в галузі прикладної фізики та наноматеріалів і в суміжних галузях;
ЗК2. Критичний аналіз, оцінка і синтез нових ідей;
ЗК3. Уміння ефективно спілкуватися з широкою науковою спільнотою та громадськістю з актуальних питань прикладної фізики та наноматеріалознавства;
ЗК4. Здатність саморозвиватися і самовдосконалюватися протягом життя, компетентність навчати студентів бакалаврського освітнього рівня на практичних та лабораторних роботах;
.Фахові компетентності (ФК)
ФК1. Знання про сучасні тенденції розвитку і найбільш важливі нові наукові досягнення в області прикладної фізики та наноматеріалів, а також суміжних областях;
ФК2. Систематичні знання і розуміння сучасних наукових теорій і методів, та вміння їх ефективно застосовувати для синтезу та аналізу наноматеріалів та вирішення задач прикладної фізики.
Результати навчання відповідно до освітньої програми, методи навчання і викладання, методи оцінювання досягнення результатів навчання
У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
• знання сучасних досягнення в галузі теоретичного підходу до опису явищ та ефектів в нанооб’єктах, наноструктурах
• робити огляд та пошук інформації в спеціалізованій літературі, використовуючи різноманітні ресурси: журнали, бази даних, он-лайн ресурси;
• вміти ясно та ефективно представляти результати як своїх досліджень, так і наукових робіт, опублікованих у фахових виданнях;
• підготувати та успішно захистити дисертаційну роботу на основі індивідуальних досліджень.
Результати навчання: 1. Здатність продемонструвати систематичні знання сучасних методів проведення досліджень в області прикладної фізики та наноматеріалів.
2. Здатність продемонструвати поглиблені знання у вибраній області наукових досліджень.
3. Здатність продемонструвати розуміння впливу технічних рішень в суспільному, економічному і соціальному контексті.
4. Здійснювати пошук, аналізувати і критично оцінювати інформацію з різних джерел.
5. Застосовувати знання і розуміння для розв’язування задач синтезу та аналізу елементів та систем, характерних обраній області наукових досліджень.
6. Застосовувати системний підхід, інтегруючи знання з інших дисциплін та враховуючи нетехнічні аспекти, під час розв’язання теоретичних та прикладних задач обраної області наукових досліджень.
7. Поєднувати теорію і практику, а також приймати рішення та виробляти стратегію розв’язання науково-прикладних задач з урахуванням загальнолюдських цінностей, суспільних, державних та виробничих інтересів.
8. Оцінювати доцільність та можливість застосування нових методів і технологій в задачах синтезу наноматеріалів та розв’язанні задач прикладної фізики.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
-
Супутні і наступні навчальні дисципліни
Фізика супрамолекулярних структур та пристроїв.
Короткий зміст навчальної програми: Навчальна дисципліна має дві важливих складових. У першій частині курсу викладаються особливості керуванням речовиною у рідкому стані, особливості наноструктурування при фазових переходах рідина-тверде тіло. Це все дуже важливо при синтезі наночастинок та наноструктур. А далі, у другій частині, описані на мові квантової фізики властивості нанорозмірних частинок виходячи у першу чергу з енергетичного спектру. Розглядаються квантові ями, дроти, точки, надгратки, гетероструктури тощо.
Опис: Тема 1. Основні положення фізики кристалів. Ідеальний кристалл, його характеристики. Елементи симетрії кристалу. Точкова та трансляційна симетріії. Елементарна комірка. Решітки Браве. Індекси Мілера. Обернена гратка. Зони Бріллюена.
Тема 2. Структура твердих тіл. Міжатомна взаємодія та сили зв'язку у твердому тілі. Структурні та фізичні особливості іонних, ковалентних, металічних та молекулярних кристалів. Шаруваті кристали.
Тема 3. Енергетичний спектр електронів в кристалах. Моделювання ідеального кристалу Наближення Борна-Оппенгеймера. Граничні умови Гайтлера-Лондона. Одноелектронне наближення. Рівняння Хартрі і рівняння Хартрі-Фока. Блохівська функція. Зонний спектр електрона. Електрон як квазічастка. Тензор ефективних мас.
Тема 4. Розмірне квантуваня. Поведінка електрона в нескінченно глибокій потенціальній ямі як ілюстрація розмірного квантування. Дискретність спектру та умови його експериментально спостереження.
Тема 5. Низькорорзмірні структури. 0-, 1D- , 2D- та 3D-розмірні структури. Закони дисперсії чи густини електронних станів в них. Утворення міні зон в нанорозмірній пластинці
Тема 6. Оптичні властивості квантових ям. Міжзонне поглинання в напівпровіднику. Прямі та непрямі оптичні переходи. Правила відбору. Люмінесценція кристалів. Міжрівневі та міжпідзонні переходи в нанорозмірних пластинах. Оптична іонізація квантових ям. Фанорезонанси, їх прояв в електричних и оптичних характеристиках.
Тема 7. Кінетичні ефекти в двомірних системах. Квантовий ефект Хола. Дробовий квантовий ефект Хола. Квантова інтерференція і ефект Ааронова-Бома. Переходи метал-діелектрик в системі електронів. Локалізація Андерсона. Край рухливості в електронному спектрі.
Тема 8. Кінетичні властивості квантових ниток і точок. Балістична провідність ниток. Кулонівська блокада.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль (40%): усне опитування, презентації на семінарах, контрольні роботи, індивідуальні письмові роботи. - Випускний тест (60%): іспит.
Критерії оцінювання результатів навчання: Порядок та критерії виставляння балів та оцінок:
Теоретичні питання мають на меті перевірку навичок студентів щодо розуміння теоретичного матеріалу. Відповідь по можливості має бути повною та аргументованою.
• Максимальну кількість балів (мкб) за питання отримує студент, що повністю висвітлив питання;
• 70-90 % від мкб – питання в цілому висвітлене, але є незначні неточності або інші недоліки;
• 50-70 % від мкб – відповідь на питання дано не в повному обсязі і/або є суттєві помилки;
• 30-50 % від мкб – зроблена спроба відповісти на питання, але зроблено грубі помилки і/або питання в цілому не висвітлене. Такої ж оцінки заслуговуватиме студент, якщо він робить неправильні висновки на основі логічних припущень, що містять правильні міркування;
• 10-30 % від мкб– зроблена невдала спроба відповісти на питання, лише окремі міркування і /або формули є вірними;
• 0 балів – жодна з записаних формул не має стосунку до даного питання, всі міркування є помилковими, або цілковито відсутні.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Зенон Готра, Іван Григорчак, Богдан Лукіянець, Іннеса Большакова, Па-вло Стахіра, Леонід Політанський. Наноелектроніка / за ред Готри З. Ю. – Львів: Ліга-Прес, 2009. – 344 с.
2. Зенон Готра, Іван Григорчак, Богдан Лукіянець, Віктор Махній, Сергій Павлов, Леонід Політанський, Ежи Потенські. Субмікронні та нанороз-мірні структури електроніки: Підручник. – Чернівці: Вид-во та друк. «Технологічний Центр». 2014. - 839 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).