Основы квантовой инженерии

Содержание

Объем, академ. часов

Лекции

Семинары

Лаб. работы

Дистант

Аттестация

Раздел 1. Электронная теория металлов

14

9

0

70

1

Лекции.

1. Квантовая теория как основа описания физических свойств металлов

2. Энергетические спектры металлов и диэлектриков.

3. Поверхность Ферми в металле. Теоретические основы измерений фотоэлектронной эмиссии с угловым разрешением для определения поверхности Ферми и спектральных свойств электронов в металлах. Теоретические основы измерений электронных спектров металлов методом микроконтактной спектроскопии.

4. Кинетические явления в металлах.

5. Эффект Кондо в металле с парамагнитными примесями. Кондо-решетки в сплавах с тяжелыми фермионами.

6. Квантовый эффект Холла (целочисленный) в квазидвумерном электронном газе. Международный стандарт электросопротивления.

7. Основные свойства сверхпроводящего состояния. Термодинамика сверхпроводников.

8. Промежуточное состояние. Теория Лондонов.

9. Основные идеи микроскопической теории сверхпроводимости. Критерий сверхтекучести.

10. Фононное притяжение. Куперовское спаривание.

11. Теория Гинзбурга и Ландау. Квантование магнитного потока. Поверхностная энергия.

12. Два рода сверхпроводников. Смешанное состояние. Вихревая решетка Абрикосова. Поверхностная сверхпроводимость.

13. Туннельный контакт. Стационарный эффект Джозефсона. Нестационарный эффект Джозефсона. Международный стандарт вольта.

14. Прецессия спина во внешнем магнитном поле. Теоретические основы измерений магнитных свойств металлов методами мюонного и нейтронного рассеяния.

14

9

70

Экзамен

1 час

Раздел 2. Основы физики полупроводников

14

9

0

70

1

Лекции.

1. Особенности строения кристаллической решетки и зонной структуры полупроводников. Активация зона-зона. Понятие дырки. Электронная и дырочная проводимости полупроводников. Доноры и акцепторы. Классификация полупроводников по типу проводимости.

2. Равновесная статистика носителей заряда в полупроводниках.

3. Кинетические явления в полупроводниках.

4. Неравновесные носители заряда в полупроводниках. Генерация и рекомбинация носителей. Уравнение непрерывности.

5. Контактные явления в полупроводниках. Контакты металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник.Барьеры Шоттки. P-n переходы. Гетеропереходы.

6. Оптические свойства полупроводников. Механизмы поглощения света в полупроводниках. Испускание света полупроводниками.

7. Оптические свойства p-n перехода. P-i-n преобразователи электромагнитного излучения. Солнечные элементы на основе p-i-n переход

8. МОП-структуры. Полупроводниковые диоды. Биполярные транзисторы. Полевые транзисторы. Тиристоры. Лавинно-пролетные диоды. Диоды Ганна. Полупроводниковые лазеры. Фотоприемники.

14

9

70

Экзамен

1 час

Раздел 3. Сверхпроводниковая радиоэлектроника

6

5

0

46

1

Лекции.

1. Поверхностный импеданс сверхпроводников, сверхпроводящие интегральные схемы и резонаторы.

2. Сверхпроводяший тунельный контакт и эффекты Джозефсона.

3. Сверхпроводящие квантовые интерферометры (сквиды) и построение магнетометров.

4. Сверхпроводящие детекторы излученияи их применения в космической и наземной технике дистанционного зондирования и передачи информации.

5. Сверхпроводящие схемы для обработки информации и вычислений.

6

5

46

Экзамен

1 час

Раздел 4. Основы плазмоники и метаматериалы

10

7

0

59

1

Лекции.

1. Введение в метаматериалы и плазмонику. Теоретические методы плазмоники.

2. Экспериментальные методы в электродинамике метаматериалов.

3. Мета-атомы и мета-молекулы. Определения и задачи.

4. Теория Ми. Рассеяние на диэлектрическом цилиндре и сфере. Магнетизм в высокоиндексных диэлектриках за счет рассеяния Ми. Метод собственных функций.

5. Линзы со сверхразрешением: Пендри и Веселаго

6. Теория “Нано”-антенн. Классификация полей источника. Разделение полей на ближние и дальние. Определение “нано”-антенн. Возможности излучения ближних полей. Излучение источника вблизи диэлектрических частиц.

7. Применение и приложения метаматериалов в СВЧ, ТГц и в оптике.

8. Некоторые необычные субволновые резонансы и эффекты. Фано резонанс. Фано-резонанс в плазмонике. Возбуждение вихревых полей в плазмонных частицах. Тороидный отклик.

9. Ознакомление с методикой экспериментального исследования метаматериалов. Измерение S-параметров образцов метаматериалов.

10

7

0

59

Экзамен

1 час

Раздел 5. Радиационная стойкость приборов полупроводниковой электроники.

10

7

0

54

1

1. Образование структурных повреждений в полупроводниках при воздействии ионизирующих излучений космического пространства.

2. Ионизация полупроводников и диэлектриков при воздействии ионизирующих излучений космического пространства.

3. Термостабильные радиационные центры в полупроводниках.

4. Изменение электрофизических параметров полупроводниковых материалов при радиационном облучении.

5. Накопление и релаксация зарядов в подзатворном диэлектрике МОП-структур при радиационном облучении и отжиге.

6. Накопление и отжиг поверхностных состояний на границе полупроводник-диэлектрик.

7. Влияние космической радиации на характеристики приборов и микросхем, изготовленных на основе МОП-структур.

8. Изменение электрофизических параметров биполярных диодных и транзисторных структур вследствие структурных повреждений при воздействии ионизирующих излучений космического пространства.

10

7

54

Экзамен

1 час

Раздел 6. Современные методы квантово-механического моделирования для расчета фундаментальных физических свойств твердых тел

6

9

0

38

1

1. Теория функционала плотности. Электронная плотность как основная характеристика системы. Функционалы для обменного взаимодействия и электронной корреляции.

2. Самосогласованный расчет зонной структуры в периодическом кристалле. Программные пакеты для первопринципных расчетов.

3. Учет дефектов и нестехиометрии: приближение когерентного потенциала и метод суперячеек. Линейное масштабирование методов.

4. Расчет упругих свойств твердых тел. Динамика решетки.

6

9

38

Экзамен

1 час

Подготовка и защита выпускной работы

10

40

1

ИТОГО ЧАСОВ

60

56

0

377

7

ВСЕГО

500