136

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра радиофизики и теоретической физики

А.И.НАЖАЛОВ

Физика конденсированного состояния вещества

(КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ)

БАРНАУЛ 2010

ВВЕДЕНИЕ

С точки зрения и философии и физики в узком понимании, материя существует в двух формах: полевой и вещественной. Под полевой формой понимается форма существования материи в виде полей - электромагнитного, гравитационного ядерного и возможно ещё каких-то неоткрытых полей; к вещественной форме относят элементарные частицы, (электроны, протоны, нейтроны и т.д.) атомы, молекулы, газообразные, жидкие и твёрдые тела. Отметим, что полевая форма материи, хотя и не систематически, всё-таки изучается на некотором уровне в курсах электродинамики, атомной и ядерной физики. Изучению на микроскопическом уровне твёрдым жидким и газообразным телам не уделяется должного внимания.

Настоящий курс как раз и преследует цель изучения вещественной формы существования материи. Поскольку, в одном курсе нельзя объять необъятное он будет посвящён изучению микроскопического строения кристаллических твёрдых тел. Так же будут рассмотрены перспективы применения методов к неупорядоченным системам, в том числе и к жидкостям и жидким кристаллам. Отдельная глава будет посвящена знакомству с материалом ранее неизвестного типа – фулеренам.

Необходимость изучения физики твёрдого тела связана с тем, что материал этого курса выходит далеко за пределы узкой специальности, так как физика твёрдого тела является частью более широкой науки - материаловедение. Кроме физики твёрдого тела, материаловедение включает ряд разделов химии, электротехники, технологии металлургических изделий и т.д. Понимание микроскопического строения твёрдых тел позволяет решать проблемы создания новых материалов с наперёд заданными свойствами.

Существенный первоначальный прогресс в материаловедении был связан с практическим применением химии. Физика твёрдого тела развивалась в основном в двух направлениях. В 19 в. был разработан математический аппарат теории упругости, который обеспечивал изучение твёрдых тел как сплошной среды (макроскопический объект). Другое направление также нехимическое, возникло ещё раньше. Это направление-описание групп симметрии применительно к кристаллам. Было выполнено много работ по составлению каталогов кристаллических структур по виду наружной огранки кристаллов. Симметрия кристаллов и кристаллография приобрели особое значение, когда выяснилось, что внешняя симметрия обусловлена глубоко внутренней микроскопической причиной (симметрией расположения атомов кристалла). Это открытие было сделано с помощью рентгеновских лучей вначале 20в.

Новый этап развития физики твёрдого тела наступил также вначале 20века, когда к исследованию свойств твёрдых тел был применён аппарат квантовой механики. Этот этап получил особенно интенсивное развитие с 1945г., хотя некоторые важные теоремы были сформулированы ещё в 20-х годах 20в.

Кроме тем связанных, со строением твёрдых тел будет уделено некоторое внимание вопросам, затрагивающим физические (электрические, магнитные, сверхпроводящие и т.д.) свойства. В течение последних нескольких десятилетий интенсивно развивалась теория неупорядоченных конденсированных систем. Эти вопросы ещё не получили достаточной освещённости в учебной литературе. Здесь этот недостаток в некоторой мере будет ликвидирован. Будут так же рассмотрены особенности получения и перспективы применения вновь открытых объектов под названием фуллерены. Некоторое внимание в лекциях будет уделено применяемым в настоящее время для бытовых и научно технических нужд, таким материалам, как жидкие кристаллы.

Настоящий конспект предназначен для студентов старших курсов физических и инженерно-физических специальностей.

Необходимым фундаментом для успешного освоения курса является современный курс атомной физики и курс квантовой механики.