- •В.В. Бібик, т.М. Гричановська, л.В.Однодворець, н.І.Шумакова фізика твердого тіла
- •Isbn © Бібик в.В., Гричановська т.М.,
- •Однодворець л.В., Шумакова н.І., 2010
- •Передмова редактора
- •Розділ 1 будова твердих тіл
- •Операції і елементи симетрії
- •1.2. Елементарні комірки і решітки Браве
- •1.3. Обчислення періоду решітки
- •1.4. Кристалографічні символи
- •1.5 Типи зв’язків у твердих тілах
- •1.6 Анізотропія кристалів
- •1.7 Дефекти кристалів
- •Питання і завдання до розділу 1
- •Розділ 2 динаміка кристалічної решітки
- •2.1 Елементи теорії пружності
- •2.2 Уявлення про нормальні коливання решітки
- •2.3 Елементи квантової теорії пружних хвиль у кристалі
- •2.4 Спектр нормальних коливань решітки
- •Теплоємність кристалів при низьких і високих температурах
- •Питання і завдання до розділу 2
- •Розділ 3. Зонна теорія твердих тіл
- •3.1. Рівняння Шредінгера для кристала
- •3.2. Функція Блоха, теорема Блоха
- •3.3 Енергетичні зони кристала
- •3.4 Енергетичний спектр електронів у кристалі. Модель Кроніга-Пенні
- •3.5 Ефективна маса електрона в кристалі. Ізоенергетичні поверхні
- •Питання і завдання до розділу 3
- •Розділ 4 електронна теорія металів
- •4.1 Класична електронна теорія металів
- •4.2 Квантова статистика електронів у металі
- •4.3 Вироджений електронний фермі-газ у металах і його теплоємність
- •4.4 Кінетичне рівняння Больцмана для електрона в кристалі. Електропровідність металів
- •Питання і завдання до розділу 4
- •Розділ 5 електронна теорія напівпровідників
- •5.1. Загальна характеристика напівпровідників
- •5.2 Статистика електронів у напівпровідниках із власною провідністю
- •Елементи статистики електронів у домішкових напівпровідниках
- •5.4. Провідність напівпровідників
- •5.5 Ефект Холла у напівпровідниках
- •Питання і завдання до розділу 5
- •Електронна теорія магнетиків
- •6.1 Класифікація магнетиків
- •6.2. Діамагнетизм та парамагнетизм
- •6.3. Феромагнетизм, антиферомагнетизм, феримагнетизм
- •6.4 Феноменологічний опис феро- та антиферо-магнетизму
- •6.5. Взаємодії в упорядкованих магнетиках. Спінові хвилі
- •6.6. Елементи теорії Ландау. Процеси перемагнічування
- •Питання і завдання до розділу 6
- •Розділ 7 фазові переходи
- •7.1. Умови рівноваги фаз
- •7.2. Класифікація фазових переходів
- •7.3. Елементи теорії Ландау для фазових переходів другого роду
- •Питання і завдання до розділу 7
- •Задача 2
- •Розв’язання
- •Задача 9
- •Розв’язання
- •Задача 12
- •Розв’язання
- •Задача 13
- •Розв’язання
- •Додаток б (обов’язковий) Задачі для самостійного розв’язування
- •Додаток в (обов’язковий) Варіанти індивідуальних завдань
- •Список літератури
- •Фізика твердого тіла
Передмова редактора
Сучасна фізика твердого тіла являє собою надзвичайно розгалужену науку, яка стрімко продовжує розвиватися. Про це красномовно свідчить той факт, що приблизно 70% фізиків планети працюють у галузі фізики твердого тіла. Як результат цього, як у світовій, так і нашій вітчизняній літературі опублікована велика кількість монографій і навчальних посібників, присвячених цій науці в цілому чи окремим її розділам. Поряд з цим велика кількість проблем прикладного і фундаментального характеру, які постійно перебувають у полі зору фізики твердого тіла, виступають постійним стимулом пошуку нових підходів у викладанні цього курсу.
Авторам вдалося знайти свою нішу при підготовці цього навчального посібника, оскільки він розрахований на майбутніх інженерів і магістрів за спеціальностями «Електронні прилади і пристрої», «Фізична і біомедична електроніка» та «Електронні системи» в галузі «Електроніка». Особливістю цього студентського контингенту є те, що він має певний обсяг знань з фізики твердого тіла як розділу курсу загальної фізики. Автори посібника також враховували, що курс з фізики твердого тіла виступає базовим для курсу з твердотільної електроніки.
Із зазначеного зрозуміло, що автори поставили перед собою майже прагматичну задачу – створити посібник, який дозволяє ознайомити студентів з основами фізики твердого тіла, які мають безпосереднє відношення до перелічених спеціальностей. Оскільки збірники задач з фізики твердого тіла відсутні, то автори включили такі задачі до тексту посібника, що дуже важливо і з тієї точки зору, що посібник адресується також і студентам заочної форми навчання.
Вважаємо, що посібник буде корисним не тільки студентам, але й аспірантам, інженерам і викладачам фізико-технічних факультетів університетів.
Вступ
На сучасному етапі розвитку науки і техніки фізика твердого тіла охоплює експериментальне та теоретичне вивчення структури, фізичних властивостей і кінетичних явищ у кристалічних та аморфних речовинах, вивчення впливу зовнішніх полів, потоків частинок на мікро- і макропроцеси у твердих тілах і розвивається за декількома напрямами: вивчення міжатомної взаємодії, принципів та законів, за якими формується структура твердих тіл та рідких кристалів; вивчення впливу зовнішніх факторів (температури, механічних напружень, електричного і магнітного полів, радіаційного опромінення) на фізичні властивості твердих тіл; термодинаміка та фазові перетворення у твердих тілах і плівках; дефекти кристалічної будови; екстремальні властивості та структурні стани, нано- і квазікристали; механізми формування структури і фізичні властивості тонких плівок; твердотільні аспекти фізичних процесів у біоматеріалах та біологічних структурах.
Фізика твердого тіла - це галузь сучасної фізики, основним завданням якої є створення матеріалів з наперед заданими і прогнозованими кристалічною структурою і фізичними властивостями. Для вирішення цього завдання використовуються сучасні методи дослідження: електронно-мікроскопічні, рентгенівські, електронно- і нейтронографічні, феро- і антиферомагнітного резонансів, оптичні та ін.
Метою цього посібника є узагальнення теоретичних основ і практичних питань фізики твердого тіла для студентів вищих навчальних закладів денної і заочної форм навчання за напрямами «Електронні пристрої та системи» та «Мікро- і наноелектроніка».