Примерный перечень вопросов к экзамену.

По дисциплине «Введение в нанотехнологии и материаловедение»:

1. Неорганические и органические функциональные наноматериалы. Гибридные (органо-неорганические и неоргано-органические) материалы. Биоминерализация и биокерамика.

2. Наноструктурированные 1D, 2D и 3D материалы. Мезопористые материалы. Молекулярные сита. Нанокомпозиты и синергетические эффекты.

3. Основные представления о формировании наносистем: физические и химические методы.

4. Классификация наночастиц и нанообъектов. Основные процессы получения нанообъектов. Механоактивация и механосинтез нанообъектов.

5. Процессы зародышеобразования. Гетерогенное зародышеобразование, эпитаксия и гетероэпитаксия. Спинодальный распад.

6. Синтез нанообъектов в аморфных (стеклообразных) матрицах. Методы химической гомогенизации (соосаждение, золь-гель метод, криохимическая технология, пиролиз аэрозолей, сольвотермальная обработка, сверхкритическая сушка).

7. Методы получения и стабилизации наночастиц. Агрегация и дезагрегация наночастиц. Синтез наноматериалов в одно и двумерных нанореакторах.

По дисциплине «Квантовая и оптическая электроника»:

1. Способы описания и характеристики электромагнитного излучения оптического диапазона;

2. Физические основы взаимодействия оптического излучения с квантовыми системами;

3. Энергетические состояния квантовых систем; оптические переходы, структура спектров; ширина, форма и уширение спектральных линий;

4. Оптические явления в средах с различными агрегатными состояниями; усиление оптического излучения;

5. активные среды и методы создания инверсной населенности; насыщение усиления в активных средах; генерация оптического излучения;

6. Нелинейно-оптические эффекты; основные типы когерентных и некогерентных источников оптического излучения;

7. физические принципы и основные элементы для регистрации, модуляции, отклонения, трансформации, передачи и обработки оптического излучения.

По дисциплине «Основы технологии материалов»:

1. Общая классификация материалов по составу, свойствам и техническому назначению;

2. основные технологии производства неорганических и органических материалов, композиционных материалов;

3. физические, химические и механические методы обработки;

4. физико-химические основы создания материалов и изделий с заданными свойствами;

5. фазовые равновесия и структурообразование в процессе получения и обработки;

6. Методы испытаний и диагностики материалов и изделий;

7. Средства и задачи обеспечения качества продукции.

По дисциплине «Экспериментальные методы исследования и метрология»:

1. Метрологические проблемы в исследованиях микро- и наноструктур: понятие многократного измерения и метрологического обеспечения;

2. проблемы интерпретации электронно-микроскопических и микрозондовых изображений наноструктур, пространственное и энергетическое разрешение, приборные, схемные и системные ограничения, шумы;

3. фундаментальные термодинамические и квантовомеханические ограничения на точность и величины измерений;

4. статистические методы обработки результатов измерений физических и биологических объектов: точность измерений, классификация погрешностей и способов их обнаружения, функции распределения результатов наблюдения, математическое ожидание, среднеквадратичное отклонение, доверительный интервал и доверительная вероятность, критерии согласия Пирсона и Колмогорова;

5. основные параметры микро- и нанообъектов, регистрируемые в эксперименте: степень кристаллического совершенства, особенности энергетической структуры микро- и нанообъектов, особенности симметрии объектов, механизмы транспорта носителей тока, кинетические коэффициенты носителей тока в нанообъектах, оптические характеристики микро- и нанообъектов;

6. физические принципы, положенные в основу измерений, определяющих параметры объектов исследования, физические ограничения экспериментальных методов определения геометрических, механических, концентрационных, оптических и электрических параметров физических и биологических систем;

7. бесконтактные (неразрушающие) и контактные методы диагностики; методы измерения параметров объема физических и биологических тел; методы исследования свойств поверхности.

По дисциплине «Физико-химия наноструктурированных материалов»:

1. Термодинамика поверхности, процессы на поверхности и в приповерхностных слоях; адсорбция и десорбция; поверхностная энергия и ее анизотропия;

2. реконструкция и релаксация поверхностей; обработка поверхности и условия сохранения ее свойств; механизмы роста на поверхности (механизм Странского-Крастанова и др.), основы физической химии наносистем;

3. уравнения и характеристики условий термодинамической стабильности межфазных границ в наносистемах;

4. особенности поверхностных процессов в микро- и наноструктурах: размерные эффекты и фазовые переходы;

5. зародышеобразование, кластерообразование и формирование наноструктур;

6. самоорганизация наноразмерных упорядоченных структур; физико-химические эффекты в туннельно-зондовой нанотехнологии;

7. локальные химические электронно-стимулированные реакции.

По дисциплине «Квантовая механика»:

1. Принцип неопределенности; принцип суперпозиции; чистые, смешанные и запутанные состояния; операторы; волновая функция и матрица плотности; представления;

2. общие свойства гармонического осциллятора; туннельный эффект; движение в центрально-симметричном поле;

3. теория возмущений; спин; принцип тождественности одинаковых частиц; атом и периодическая система элементов Менделеева;

4. молекула; обменное взаимодействие; самосогласованный потенциал и метод Хартри-Фока; метод функционала плотности;

5. макроскопические квантовые явления; статистические распределения Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна; бозе-конденсация и сверхтекучесть;

6. квантование электромагнитного поля; квантовые измерения; взаимодействие квантовых систем с классическим окружением; квантовый компьютер;

7. квантовые вычисления и унитарные преобразования; квантовый параллелизм; логические квантовые вентили.

По дисциплине «Физика конденсированного состояния»:

1. Симметрия и структура кристаллов; обратная решетка; уравнение Шредингера в периодическом потенциале; блоховская волновая функция;

2. энергетические зоны; классификация кристаллов на металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории; носители заряда в полупроводниках и металлах и модель газа свободных и независимых электронов;

3. кинетические процессы в электронном газе; плазменные колебания и плазмоны; скин-эффект; квантовый электронный газ; энергия и поверхность Ферми;

4. эффективная масса носителей заряда; дырки - носители заряда в валентной зоне полупроводников; колебания кристаллической решетки и фононы; теплоемкость решетки;

5. тепловое расширение и теплопроводность; локальное поле и диэлектрическая проницаемость; механизмы поляризуемости кристаллов; оптические свойства ионных кристаллов;

6. поляритоны; пироэлектрики и сегнетоэлектрики; парамагнетики и диамагнетики; обменное взаимодействие; ферромагнетики и антиферромагнетики; спиновые волны;

7. концепция квазичастиц; фазовые переходы и дальний порядок; классические и квантовые жидкости; сверхтекучесть; сверхпроводимость и эффект Мейсснера; сверхпроводники I и II рода;

8. теория Гинзбурга-Ландау; квантование потока в сверхпроводниках; эффект Джозефсона; микроскопическая теория сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера;

9. тепловые и радиационные точечные дефекты в кристаллах; механизмы диффузии; дислокации; элементы теории упругости, тензоры деформаций и напряжений; жидкие кристаллы; полимеры; фракталы; теория протекания.