Физика конденсированного состояния. Научная основа для осознанного и целенаправленного использования свойств твердых тел

1. Физика конденсированного состояния

Электронный учебно-методический
Электронный учебно-методический
комплекс
комплекс
Физика
конденсированного
состояния
Презентации к лекционному курсу
МОСКВА
2012
НИУ «МЭИ»

2.

Целью дисциплины является – формирование
научной основы для осознанного и
целенаправленного использования свойств
твердых тел, в первую очередь –
полупроводников, при создании элементов,
приборов и устройств микро и наноэлектроники

3.

Компете́нция (от лат. competere — соответствовать, подходить) —
способность применять знания, умения, успешно действовать на
основе практического опыта при решении задач общего рода
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов
обладать:
• способностью использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы
математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования (ОК-10);
• способность собирать, анализировать и систематизировать отечественную и
зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в
области физики конденсированного состояния (ПК -18);
• готовностью учитывать современные тенденции развития электроники,
измерительной и вычислительной техники, в своей профессиональной
деятельности (ПК-3);
• способностью владеть основными приемами обработки и представления
экспериментальных данных (ПК-5);
• готовностью организовывать метрологического обеспечение производства
материалов и изделий электронной техники (ПК -16).

4.

5.

Фи́зика конденси́рованного
состояния – составная часть физики,
изучающая поведение сложных систем,
которые можно рассматривать только в
совокупности, т.е. эволюцию, развитие
системы нельзя «разделить» на
эволюцию отдельных частиц.

6.

Сама
возможность существования
твердого или жидкого состояния
вещества обусловлена
взаимодействием сил притяжения и
отталкивания (взаимодействия) между
частицами (атомами, ионами или
молекулами) при их сближении.
Характер сил взаимодействия в первую
очередь определяется строением
электронных оболочек
взаимодействующих атомов.

7. Выделяют несколько видов связи:

Силы
Ван-дер-Ваальса;
Ковалентная;
Ионная (полярная);
Металлическая;
Водородная

8.

Характер
межатомных связей лежит в
основе классификации твердых тел,
которые подразделяются на четыре
типа: металлические, ковалентные,
ионные и молекулярные кристаллы.
Кристаллы неорганических веществ с
водородной связью (которая по своему
характеру является, в основном,
ионной) часто выделяют в отдельный
тип.

9. Кристаллы –

это вещества, в которых составляющие их частицы
(атомы, молекулы) расположены строго
периодически, образуя геометрически закономерную
кристаллическую структуру, при этом выделяют
кристаллы изотропные и анизотропны. Анизотропия
(от греч. . ánisos — неравный и tróроs —
направление) – зависимость свойств вещества от
направления, аналjгично анизотропия –
инвариантность свойств по отношению к
направлению.

10. Общая характеристика конденсированных систем

Конденси́рованное состояния –
термодинамическая система, не содержащая
ни газов, ни паров и, следовательно,
образованная только твердыми и (или)
жидкими фазами.
К основным типам конденсированных сред
можно отнести жидкости, стекла, аморфные
системы, жидкие кристаллы, кристаллические
тела, а также конденсированные системы,
созданные с помощью нанотехнологий
(фуллерены, нанотрубки).

11.

Фуллерен С60 и фуллерен 540
Нобелевская премия
1985 г.

12.

Структура графена
Нобелевская премия
по физике 2010 г.

13. Нанотрубка (скрученный лист) графена и фотодиод, созданный из нанотрубки, размером с молекулу ДНК

14. Изображение матрицы наностолбцов полученное на сканирующем электронном микроскопе (GaAs)

15.

В отличие от газообразного состояния, у вещества в
конденсированном
состоянии
существует
упорядоченность в расположении частиц (ионов, атомов,
молекул). Свойства веществ в конденсированном
состоянии
определяются
их
структурой
и
взаимодействием частиц.

16.

Кристаллические твердые тела обладают высокой
степенью упорядоченности – дальним порядком в
расположении частиц. Частицы жидкостей и
аморфных твердых тел располагаются более
хаотично, для них характерен ближний порядок. В
идеальном газе расположение атома в какой-либо
точке пространства не зависит от расположения
других атомов, т. о., в идеальном газе отсутствует и
дальний и ближний порядки, т.е. порядок переходит
в «беспорядок», хаос

17.

Основные признаки дальнего порядка –
симметрия и закономерность в расположении
частиц, повторяющаяся на любом расстоянии от
данного атома