CNAA Comisia de atestare Comisia de acreditare Comisiile de experţi Dispoziţii, instrucţiuni Acte normative

PREGĂTIREA CADRELOR Nomenclator Instituţii Consilii Seminare Teze

POTENŢIALUL ŞTIINŢIFIC Conducători de doctorat Deţinători de grad Doctoranzi Postdoctoranzi

 română | русский | english

Introducere

Obiectul şi problematica fizicii stării condensate. Starea solidă ca una din cele mai importante forme a stării condensate în natură. Rolul fizicii corpului solid în formarea noţiunilor cuantice în fizica modernă. Fizica corpului solid ca bază a electronicii corpului solid moderne.

Structura corpului solid

1. Corpuri solide cristaline şi amorfe. Reţeaua cristalină şi simetria de translaţie. Celula elementară. Celula primitivă Wigner-Seitz. Reţeaua Bravais. Grup de simetrie punctual şi spaţial. Reţeaua reciprocă (inversă) şi proprietăţile ei. Zone Brillouin. Particularităţile propagării undelor Roentgen în cristale. Legea lui Bragg. Metodele experimentale de studiu a structurii cristaline.
2. Tipurile de legătură în corpuri solide.

   Structura electronică a atomului. Legătura chimică şi valenţa. Tipuri de legătură în starea condensată: metalică, covalentă, ionică şi Van der Waals. Exemple importante de structuri cristaline de tip diamant şi de tip similar cu diamantul, de tip clorura de sodiu, de tip blendă (ZnS).

3. Defecte în structura cristalină.

   Clasificarea defectelor. Defectele punctiforme (zerodimensionale), formarea lor şi difuzia. Atomi de impurităţi interstiţiali şi substituţionali. Vacanţe de reţea. Defecte Schottky şi defecte Frenkel. Grupa de defecte punctiforme. Clasteri. Micro intruziuni. Dislocaţiile şi tipurile lor (marginale şi elicoidale). Vectorul Burgers. Energia dislocaţiei. Mişcarea dislocaţiei. Alunecarea şi difuzia. Interacţiunea dislocaţiilor. Reacţiile de dislocaţie. Defecte de împachetare. Dislocaţii parţiale. Dislocaţii încărcate. Multiplicarea dislocaţiilor. Sursa Frank-Read. Metodele experimentale de studiu ale dislocaţiilor. Structura reală a cristalelor. Structura de mozaic. Structura frontierei de granulaţie.

4. Corpuri necristaline. Ordine la lungă distanţă şi la scurtă distanţă. Lungimea de corelaţie. Metode de obţinere a corpurilor amorfe şi vitroase. Noţiune de temperatură de vitrare. Modele de difracţie la studiul structurii corpurilor amorfe.
5. Metodele de studiu a structurii cristaline ideale şi reale. Difracţia radiaţilor X. Radiaţia sinhcrotronică şi utilizarea ei. Electronografia şi microscopia electronică.

Vibraţiile reţelei cristaline. Proprietăţi mecanice şi termice ale solidelor cristaline

1. Vibraţiile unei reţele unidimensionale. Modurile normale de vibraţie a unei reţele unidimensionale şi cuantificarea mişcării de vibraţie. Noţiune de fonon. Două tipuri de vibraţii ale unei reţele liniare cu două tipuri de atomi pe celula elementară. Ramurile acustice şi optice de vibraţie. Tabloul calitativ al vibraţilor unei reţele tridimensionale. Noţiuni de matrice dinamică.
2. Legea de dispersie a fononilor. Interacţiunea electron-fononica. Densitatea stărilor fononice. Metodele experimentale de studiu ale spectrelor fononice. Neutronografia.
3. Tenzorul de elasticitate şi deformaţia elastică a cristalelor. Legea lui Hooke şi generalizarea ei pentru corpuri anizotropice. Plasticitatea cristalelor. Alunecarea şi granulaţia cristalelor. Granulaţie cu modificare a formei. Granulaţie elastică. Limita fluidităţii. Durificarea. Frecarea internă. Tenacitatea (rezistenţa). Distrugerea fragilă şi plastică. Mecanismul de formare a microfisurilor în monocristale şi policristale. Originea cinetică a rezistenţei corpurilor solide. Duritatea şi microduritatea cristalelor.
4. Căldura specifică a reţelei cristaline. Teoria clasică a căldurii specifice. Teoria cuantică – modelul lui Einstein şi modelul lui Debye. Temperatura Debye.

   Efecte anarmonice şi dilatarea termică a corpului solid.

   Conductibilitatea termică a corpurilor solide (fononică şi electronică).

Teoria benzilor de energie a cristalului şi dinamica electronului de bandă

1. Ecuaţia lui Schrodinger pentru un electron ce se deplasează în câmp potenţial periodic. Teorema Bloch. Condiţiile de graniţă. Vectorul de undă şi nivelele de energie ale electronului în cristale. Noţiune de bandă de energie. Prima zonă Brillouin şi schemele de bandă la descrierea spectrului de energie al electronului.
2. Aproximaţia unielectronică şi stările electronice în cristale. Modelele principale de bandă. Metoda electronilor strâns legaţi şi metoda electronilor cuasiliberi (slab legaţi).
3. Principiul Paull şi completarea benzilor cu electroni. Tipurile de corpuri solide în cadrul schemei benzilor de energie. Metale, dielectrici şi semiconductori. Semimetale. Caracteristicile de bază ale structurii benzilor de energie în metale. Suprafaţa Fermi. Caracteristicile de bază ale structurii benzilor de energie în semiconductori. Banda de conducţie şi banda de valenţă.
4. Banda de energie şi legea de dispersie. Densitatea de stări. Valoarea medie a vitezei electronului de bandă. Tenzorul masei efective. Electroni şi goluri în semiconductori. Metoda masei efective.
5. Funcţii Wannler. Stări de impurităţi neadânci în cristale. Donori şi acceptori. Semiconductori intrinseci şi extrinseci.
6. Statistica purtătorilor de sarcină (guaziparticulelor) în semiconductori. Relaţia dintre concentraţia purtătorilor şi potenţialului chimic. Poziţia nivelului Fermi în semiconductori nedegeneraţi. Tranziţia de la statistica cuantică la statistica Maxwell-Boltzmann. Criteriul de degenerare ca consecinţă a principiului de incertitudine.
7. Spectrul energetic şi densitatea de stări ai electronilor de bandă în câmpuri magnetice omogene. Cuantificarea Landau.

Fenomene de transport

1. Răspunsul liniar al unui sistem la activităţile din exterior şi coeficienţii cinetici. Conductibilitatea electrică şi termică. Noţiuni de mobilitate şi de lungimea parcursei libere.
2. Funcţia de distribuţie de neechilibru a cvaziparticulelor. Ecuaţia de transport Boltzmann. Aproximaţia timpului de relaxare. Mecanismele de împrăştiere ale electronilor. Împrăştierea pe impurităţi şi defecte. Ciocnirile electron-fonon. Procese normale – procese “N” şi procese “Umklapp” (procese “de răspundere”) – procese “U”.
3. Efectul Hall şi magnetorezistenţa. Efectul Subnikov-de Haas. Metodele experimentale de determinare a caracteristicilor de bandă ale cristalului cu ajutorul efectelor cuantice de oscilaţie.
4. Corpuri solide cu lungimea parcursei libere a electronilor mare. Rezonanţa ciclotronică şi masa ciclotronică. Efectul de dimensiune clasic în coeficienţii cinetici. Efectul cuantic de dimensiune.
5. Efectele de încălzire a purtătorilor de sarcină în semiconductori. Efecte electrice neliniare. Metodele teoretice de descriere pe baza ecuaţiei de bilanţ. Efectul Gunn.
6. Măsurătorii electrici şi galvanomagnetici ca metode de studiu a benzilor de energie şi nivelelor de impurităţi în cristale.

Proprietăţi optice

1. Teoria elementară a propagării undelor electromagnetice în cristale. Dispersia şi absorbţia. Pătrunderea câmpului electromagnetic în metal. Efectul skin normal şi anomal. Grosimea skin-stratului. Heliconi. Difuzia Raman a luminii în cristale.
2. Mecanismele de absorbţie a fotonilor în semiconductori.

   Absorbţia fundamentală (intrinsecă). Tranziţiile electronice între benzile de energie aliniate şi nealiniate. Regulile de selecţie. Absorbţia de câtre purtătorii de sarcină liberi. Absorbţia pe impurităţi, excitonică şi pe vibraţiile reţelei cristaline. Procesele multifononice.

3. Fotoconductivitatea. Recombinarea şi relaxarea purtătorilor de sarcină. Luminiscenţa şi fluoriscenţa. Timpul de viaţă. Tranziţii fără radiaţie. Coeficientul cuantic de ieşire a luminiscenţei.
4. Efectul de generare a luminii de câtre corpul solid şi principiile de funcţionare ale laserului de corp solid.
5. Metodele optice de studiu al corpului solid, posibilităţile legate de utilizarea laserului ca sursă de lumină.

Proprietăţi magnetice

1. Clasificarea substanţelor după proprietăţile lor magnetice. Diamagnetismul Landau. Paramagnetismul de spin Pauli.
2. Momente magnetice localizate. Interacţiunea de schimb. Feromagnetismul şi originea lui. Metodele de bază în descrierea feromagnetismului. Câmpul molecular Weiss şi legea lui Curie. Domenii feromagnetice. Pereţi de domeni. Histerizisul magnetic şi câmpul magnetic coercitiv. Antiferomagnetici şi feromagnetici. Fenomenul de magnetostricţiune. Studiul structurii magnetice cu ajutorul neutronografiei.
3. Excitaţiile elementare în cristale magnetice. Undele de spin şi magnonii.

Proprietăţi electrice ale izolatorilor

Câmp efectiv local. Constanta dielectrică. Electrostricţiunea şi priezoeletricitatea. Piroelectricitatea şi feroelectricitatea. Histerezisul în câmp electric.

Supraconductibilitatea

Atributele caracteristice ale fenomenului de supraconductibilitate. Temperatura critică. Efectul Meissner. Câmpul critic şi curentul critic. Elemente din teoria fenomenologică Ginzburg-Landau. Caracterizarea generală a teoriei Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Explicaţia calitativă a mecanismului de formare a perechilor Cooper. Supraconductori de tipul I şi II. Vârtejurile lui Abrikosov. Adâncimea de pătrundere a câmpului magnetic în supraconductor. Cuantificarea fluxului magnetic într-un inel supraconductor. Descoperirea supraconductorilor la temperatură înaltă şi caracterizarea lor comparativ cu supraconductorii clasici.

Fenomene de contact

Lucrul de ieşire. Contactul metal-metal. Stratul electric dublu. Contactul metal-semiconductor. Bariera Schottky şi efectul de redresare. Contactul metal-supraconductor. Natura neliniară a caracteristicii curent-tensiune. Contactul supraconductor-izolator-supraconductor şi efectul Josephson. Contactul semiconductor-semiconductor. Joncţiunea p-n. Diode şi tranzistoare. Heterojoncţiuni. Diagramele de bandă şi tipurile de heterojoncţiuni. Sistemele bidimensionale în structuri semiconductoare - heterojoncţiuni şi structuri MOS. Cuantificarea dimensională a spectrului electronic. Efectul cuantic Hall şi natura lui.

Tranziţii de fază

1. Echilibrul fazelor. Tranziţii de fază de speţa I şi II. Fluctuaţiile. Soluţii solide şi faze intermediare. Echilibrul în sisteme multinare şi regula de faze. Diagramele de echilibru.
2. Tranziţiile de fază în structură şi metodele teoretice de descriere. Parametrul de ordine şi funcţionalul Landau.
3. Tranziţii metal-dielectric într-un sistem de electroni. Tranziţia Anderson. Tranziţia Mott. Programul mobilităţii în spectrul electronic.

Literatura de specialitate

1. Ч.Киттель. Введение в физику твердово тела. М., Наука. 1978
2. Н.Ашкрофт, Н.Мермин. Физика твердово тела т.1 и 2. М., Мир 1979
3. Дж. Займан. Принципы теории твердого тела. М., Мир. 1966
4. Дж. Блейкмор. Физика твердого тела. М., Мир 1988
5. Ч.Уэрт, Р.Томсон. Физика твердого тела. М., Мир. 1969
6. V. Cristea. Fizica corpului solid, ed. II, Cluj, 1988
7. I. Munteanu Fizica stării condensate. Ed. Hyperion 1995
8. А.В. Попов, Г. Гровс. Кристаллография и дефекты в кристаллах. М., Мир 1985
9. Дж.Най. Физические свойства кристаллов М., ИЛ 1960
10. Д. Хал. Введение в дислокации. Атомиздат, 1968. 290 с.
11. Ю.А.Концевой, Ю.М.Литвинов. Э.А.Фаттахов. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур. М., Радиосвязь 1982
12. Ю.С.Боярская, Д.З.Грабко. М.С.Кац. Физика процессов микроиндецирования. Кишинев. Штиинца 1986
13. С.В.Вонсовский. Магнетизм. М., Наука 1984
14. В.Буккель. Сверхпроводимость. М., Мир. 1975
15. Р.Смит. Полупроводники. М., Мир 1982
16. I.D.Bursuc, N.D.Suliţanu. Fizica soliduli: fenomene, teorii, aplicaţii. Ed. Enciclopedică, Bucureşti, 1991.
17. I.I.Nicolescu, V.G.Canţer, I.M.Tighineanu. Fizica corpului solid., Pt. I, II, III. Chişinău. 1991
18. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников. Под ред. Д.М.Гинзберга. М., Мир 1990.
19. О.Маделунг. Теория твердого тела М., ”Наука” 1980.
20. Gh.Zet, D.Ursu. Fizica stării solide.(aplicaţii în inginerie) Ed. Tehnică, Bucureşti 1989.
21. М.Н.Мотт. Переходы метал-диэлектрик. М., Наука 1977.
22. Б.И.Шкловский, А.Л.Эфрос. Электронные свойства легированных полупроводников М., Наука 1979.

Specialitatea

01.04.07 – Fizica stării condensate