Вопросы курса ФКС
1. Введение. Предмет ФКС
2. Типы связей
3. Основы кристаллографии. Кристаллическая решетка
4. Индексы Миллера
5. Периодические функции
6. Свойства обратной решетки
7. Теорема Блоха
8. Приведение к зоне Бриллюэна
9. Колебания решетки. Линейная цепочка
10. Удельная теплоемкость и тепловое расширение твердых тел.
11. Дифракция на идеальном кристалле.
12. Симметрия кристалла.
13. Построение Эвальда
14. Квазикристаллы.
15. Фононы
16. Дифракционные методы исследования кристаллической решетки
17. Упругие, пластические и механические свойства твердых тел
18. Сверхтекучесть, классические и квантовые жидкости.
19. Уровни электрона в периодическом потенциале
20. Теория свободных электронов
21. Типы твердых тел. Зонная картина
22. Аллотропы углерода. Алмаз, графит, графен и др.
23. Точечные дефекты в кристаллах. Дислокации
24. Плазмоны и плазменные колебания.
25. Парамагнетики. Диамагнетики.
26. Ферромагнетики и антиферромагнетики. Спиновые волны (магноны).
27. Сверхпроводимость. Эффект Мейснера.
28. Жидкие кристаллы
29. Фракталы и ФКС.
30.Принцмп работы лазера, мазера, гетеролазер.
31. Лазерная спектроскопия.
32 Классический Эффект Холла
33. Фотонные кристаллы
34. Преобразование сигналов с помощью кристаллов.
35. Спинтроника
36. Квантовый Эффект Холла.
ОТВЕТЫ ПО ФКС
1.ФКС(ФТТ) – ЭТО НАУКА О СТРОЕНИИ, СВОЙСТВАХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ПРОИСХОДЯЩИХ В НИХ ФИЗ. ЯВЛЕНИЯХ.
ФТТ ЗАНИМАЕТСЯ УСТАНОВЛЕНИЕМ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ АТОМНО-ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРОЙ ТВЕРДЫХ ТЕЛ , ИХСОСТАВОМ И РАЗЛИЧНЫМИ ФИЗ. СВОЙСТВАМИ: МЕХАНИЧЕСКИМИ, ТЕПЛОВЫМИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ, МАГНИТНЫМИ, ОПТИЧЕСКИМИ И Т.Д.
Все процессы образования Вселенной, Земли и возникновения жизни связаны с переходом материи в конденсированное состояние. Поэтому наиболее распространенной формой существования материи на Земле является конденсированное состояние вещества.
Поскольку свойства веществ в конденсированном состоянии формируются свойствами ядер, структурой электронных оболочек атомов и силами взаимодействия между ними, то физика конденсированного состояния является завершающим звеном в цепочке:ядерная физика ® атомная физика ® физика конденсированного состояния.
К веществам, находящимся в конденсированном состоянии, относятся твердые тела, жидкости, жидкие кристаллы, полимеры, биологические структуры и живая материя.
Практически все области человеческой деятельности (физика твердого тела, атомная и ядерная физика, биофизика, геофизика,химия твердого тела и биохимия, геология, металлургия, медицина и многие другие) или непосредственно связаны с исследованием веществ в конденсированном состоянии, или в них используются методы и концепции, развитые в физике конденсированного состояния.
РОЛЬ ФТТ В НТП
ФТТ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ОДИН ИЗ ВАЖНЕЙШИХ И ОБШИРНЕЙШИХ РАЗДЕЛОВ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ. ОНА ОЧЕНь ТЕСНО СВЯЗАНА С ДРУГИМИ РАЗДЕЛАМИ ФИЗИКИ И ДР. НАУКАМИ
РОЛЬ ФТТ В НТП
-СОЗДАНИЕ ЛАЗЕРОВ
-НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ С УНИКАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
-ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ
-НАНОМАТЕРИАЛЫ И Т.Д.
Таким образом, физика конденсированного состояния вещества может рассматриваться как мировоззренческая наука, наука о строении неживой и живой материи. Она формирует обобщенное представление об окружающем Мире – едином, многообразном и взаимосвязанном.
2.Типы связей
Химическая связь — это сила, удерживающая вместе два или несколько атомов, ионов, молекул или любую их комбинацию.
Ионная связь
Ионная связь — очень прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой разностью (>1,7 по шкале Полинга) электроотрицательностей, при которой общая электронная пара переходит преимущественно к атому с большей электроотрицательностью. заряженных тел. Образуется между типичными металлом и неметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу, образуются ионы.
Если химическая связь образуется между атомами, которые имеют очень большую разность электроотрицательностей (ЭО > 1,7 по Полингу), то общая электронная пара полностью переходит к атому с большей ЭО.
Ковалентная связь Ковалентная связь— химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков. Термин "ковалентная связь" был впервые введён лауреатом Нобелевской премии Ирвингом Ленгмюром в 1919 году. Позднее (1927 год) Ф. Лондон и В. Гайтлер на примере молекулы водорода дали первое описание ковалентной связи с точки зрения квантовой механики.
Ковалентная связь образуется парой электронов, поделённой между двумя атомами, причём эти электроны должны занимать две устойчивые орбитали, по одной от каждого атома.
В результате обобществления электроны образуют заполненный энергетический уровень. Связь образуется, если их суммарная энергия на этом уровне будет меньше, чем в первоначальном состоянии (а разница в энергии будет ни чем иным, как энергией связи).
Согласно теории молекулярных орбиталей, перекрывание двух атомных орбиталей приводит в простейшем случае к образованию двух молекулярных орбиталей (МО): связывающей МО и антисвязывающей (разрыхляющей) МО. Обобществлённые электроны располагаются на более низкой по энергии связывающей МО.
Водородная связь.
Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F. Водородные связи могут быть межмолекулярными или внутримолекулярными.
Природа
Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность[2], её распространенность и важность, особенно в органических соединениях[3], а также некоторые побочные эффекты, связанные с малыми размерами и отсутствием дополнительных электронов у водорода.
Связь этого типа, хотя и слабее ионной и ковалентной связей, тем не менее играет очень важную роль во внутри- и межмолекулярных взаимодействиях. Водородные связи во многом обусловливают физические свойства воды и многих органических жидкостей (спирты, карбоновые кислоты, амиды карбоновых кислот, сложные эфиры). Прочность водородной связи (энтальпия образование комплекса) зависит от полярности комплекса.
3. Кристаллогра́фия — наука о кристаллах, их структуре, возникновении и свойствах. Она тесно связана с минералогией, физикой твёрдого тела и химией. Исторически кристаллография возникла в рамках минералогии, как наука, описывающая идеальные кристаллы.
Задачей кристаллографии является изучение строения, физических свойств кристаллов, условий их образования, разработка методов исследования и определения вещества по кристаллической форме, физическим особенностям и т.п. Подразделяют кристаллографию на физическую кристаллографию (изучает физические свойства кристаллов — механические, тепловые, оптические), геометрическую кристаллографию (изучает формы кристаллов), кристаллогенез (изучает образование и рост кристаллов) и кристаллохимию (изучает связь между химическим составом вещества и его физическими и химическими свойствами).
Кристалли́ческая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами. Решёткой является совокупность точек, которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции. Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково. Применение к решётке в целом любой из присущих ей трансляций приводит к её параллельному переносу и совмещению. Для удобства анализа обычно точки решётки совмещают с центрами каких-либо атомов из числа входящих в кристалл, либо с элементами симметрии.