Физика конденсированного состояния. Научная основа для осознанного и целенаправленного использования свойств твердых тел презентация

Целью дисциплины является – формирование научной основы для осознанного и целенаправленного использования свойств твердых тел, в первую очередь – полупроводников, при создании элементов, приборов и устройств микро и наноэлектроники

Компете́нция (от лат. competere — соответствовать, подходить) — способность применять знания, умения, успешно действовать на основе практического опыта при решении задач общего рода
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов обладать:
способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
способность собирать, анализировать и систематизировать отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в области физики конденсированного состояния (ПК -18);
готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, в своей профессиональной деятельности (ПК-3);
способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);
готовностью организовывать метрологического обеспечение производства материалов и изделий электронной техники (ПК -16).

Фи́зика конденси́рованного состояния – составная часть физики, изучающая поведение сложных систем, которые можно рассматривать только в совокупности, т.е. эволюцию, развитие системы нельзя «разделить» на эволюцию отдельных частиц.

Сама возможность существования твердого или жидкого состояния вещества обусловлена взаимодействием сил притяжения и отталкивания (взаимодействия) между частицами (атомами, ионами или молекулами) при их сближении.
Характер сил взаимодействия в первую очередь определяется строением электронных оболочек взаимодействующих атомов.

Выделяют несколько видов связи:
Силы Ван-дер-Ваальса;
Ковалентная;
Ионная (полярная);
Металлическая;
Водородная

Характер межатомных связей лежит в основе классификации твердых тел, которые подразделяются на четыре типа: металлические, ковалентные, ионные и молекулярные кристаллы. Кристаллы неорганических веществ с водородной связью (которая по своему характеру является, в основном, ионной) часто выделяют в отдельный тип.

Кристаллы –
это вещества, в которых составляющие их частицы (атомы, молекулы) расположены строго периодически, образуя геометрически закономерную кристаллическую структуру, при этом выделяют кристаллы изотропные и анизотропны. Анизотропия (от греч. . ánisos — неравный и tróроs — направление) – зависимость свойств вещества от направления, аналjгично анизотропия – инвариантность свойств по отношению к направлению.

Общая характеристика конденсированных систем
Конденси́рованное состояния – термодинамическая система, не содержащая ни газов, ни паров и, следовательно, образованная только твердыми и (или) жидкими фазами.
К основным типам конденсированных сред можно отнести жидкости, стекла, аморфные системы, жидкие кристаллы, кристаллические тела, а также конденсированные системы, созданные с помощью нанотехнологий (фуллерены, нанотрубки).

Фуллерен С60 и фуллерен 540
Нобелевская премия
1985 г.

Структура графена
Нобелевская премия
по физике 2010 г.

Нанотрубка (скрученный лист) графена и фотодиод, созданный из нанотрубки, размером с молекулу ДНК

Изображение матрицы наностолбцов полученное на сканирующем электронном микроскопе (GaAs)

В отличие от газообразного состояния, у вещества в конденсированном состоянии существует упорядоченность в расположении частиц (ионов, атомов, молекул). Свойства веществ в конденсированном состоянии определяются их структурой и взаимодействием частиц.

Кристаллические твердые тела обладают высокой степенью упорядоченности – дальним порядком в расположении частиц. Частицы жидкостей и аморфных твердых тел располагаются более хаотично, для них характерен ближний порядок. В идеальном газе расположение атома в какой-либо точке пространства не зависит от расположения других атомов, т. о., в идеальном газе отсутствует и дальний и ближний порядки, т.е. порядок переходит в «беспорядок», хаос