Физика конденсированного состояния

Представлены краткие теоретические сведения и задачи по основным разделам физики электронных процессов в твердых телах. Выделен ряд взаимосвязанных частей: строение и исследование структуры твердых тел; основы квантовой физики; электропроводность проводников; электрофизические процессы в диэлектриках; электронные процессы в полупроводниковых материалах; кинетические явления и неравновесные процессы в твердых телах; магнитные свойства; оптические, фотоэлектрические, а также контактные явления в твердых телах.

Уравнение конвективного массопереноса в случае вектора скорости, одинакового для всех компонент композиционной среды, получено еще в прошлом веке и приводится во многих справочниках по массопереносу, в частности, известных работах Лыкова А. В. Отличительной особенностью данного исследования является дальнейшее обобщение указанного уравнения с учетом разнонаправленности векторов скоростей компонент. Это является актуальным в связи с широким распространением в настоящее время тонких суспензий магнитно-активных жидкостей в качестве компонент композиционных смесей и их использования при активном управлении процессом массопереноса. При выводе уравнения конвекционного массопереноса используется понятие представительного объема композиционной среды с использованием объемных долей компонент, где неявно используется гипотеза о том, что объемные доли компонент являются дискретной случайной величиной, описывающей вероятности присутствия той или иной компоненты неоднородной среды в конкретной точке с заданными координатами, как представительного объема, так и исследуемой геометрической области в целом. С методической точки зрения в статье вначале пространственное уравнение упрощается до одномерного для любого из выбранных читателем направлений декартовой системы координат. Для любого из направлений в отдельности получен аналог вилки Фойгта-Рейсса соответствующих проекций скоростей компонент композиционной смеси. Далее вилка средних проекций скоростей по направлениям сужается до вилки Кравчука-Тарасюка. После этого усреднением вилки Кравчука- Тарасюка получается одномерное уравнение конвективного массопереноса в композиционной среде в смысле средних по представительному объему значений проекций скоростей компонент для каждого из направлений декартовой системы координат. Далее с использованием среднего вектора скорости композиционной смеси и специфического переопределения «в операции дивергенция в смысле среднего значения частных производных строиться общее уравнение для пространственной области. Результаты данного исследования могут быть применены при построении прикладной теории управления конвективным массопереносом композиционной среды с помощью внешнего магнитного поля. При этом часть компонент смеси может быть магнитонейтральна.

Исследованы электронные состояния системы "квантовая точка—монослой графема— подложка Si02+n+Si" во внешнем магнитном ноле. Получено аналитическое выражение для велшишы переходящего заряда в такой системе. Рассмотрены электронные состояния системы "квантовая точка—бислой графена—подложка Si02+n+Si". Исследуемые системы интересны с точки зрения возможно ami управления отпическими свойствами квантовой точки с помощью приложенного электрического поля. Кратко затронут вопрос об электронных состояниях системы "графеновая нанотрубка—квантовая нить"

Монография всеобъемлюще отражает самые последние сведения в области изучения и применения нанотрубок за последние двадцать лет. Приведена информация о методах их получения, структуре, электронных, оптических, механических, магнитных и эмиссионных свойствах. Описаны во многом удивительные изобретения, полученные с помощью этих новых материалов: одноэлектронный, полевой и квантовый нанотранзисторы, химические сенсоры, источники оптического и рентгеновского излучения, логические элементы, ячейки памяти и даже радиоприемник на одной-единственной углеродной нанотрубке. Значительное внимание уделено расчетам электронного строения нанотрубок с помощью метода линеаризованных присоединенных цилиндрических волн. Один из разделов книги посвящен новому направлению в науке — наноэлектромагнетизму.

В работе систематизированы результаты экспериментальных исследований фазового перехода диапарамагнетик в диспергированных средах. Методика исследования базируется на методе Гуи для измерения намагниченности и магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов с применением крутильных весов и специальной камеры для проведения низкотемпературных измерений. Описаны особенности полевых, влажностных и температурных зависимостей магнитной восприимчивости и намагниченности, составляющих экспериментальный базис построения теории этого явления. Полевые зависимости свидетельствуют о нелинейной зависимости между намагниченностью и напряженностью магнитного поля и подобны тем, которые характерны для ферромагнетиков. Весьма высокие значения магнитной восприимчивости не позволяют объяснить явление, учитывая только парамагнетизм неспаренных поверхностных электронов в рамках классической модели парамагнетизма. Для температурных зависимостей магнитных характеристик наблюдается невыполнение закона Кюри. Введение влаги в дисперсную среду приводит к уменьшению магнитных характеристик. На образцах кварцевого порошка обнаружен эффект возрастания магнитной восприимчивости с увеличением температуры выше 0 ºС, необъясняемый в рамках классической теории. В статье обоснована спиновая природа парамагнетизма дисперсных структур и наличия кооперативного эффекта в образовании парамагнетизма. Спиновой парамагнетизм обусловлен появлением неспаренных спиновых магнитных моментов в результате разрыва ковалентных связей при диспергировании. Разрыв связей происходит как на поверхности гранул дисперсной среды, так и внутри объема гранул при аморфизации кристаллической структуры. Кооперативный эффект проявляется в возникновении магнитных кластеров с параллельно ориентированными спинами в результате спин-спинового взаимодействия. Во внешнем магнитном поле происходит ориентация магнитных моментов кластеров.

Монография включает рассмотрение всех основных физических свойств d- и f-переходных металлов и изложение соответствующих теоретических концепций. Подробно обсуждаются некоторые нетрадиционные вопросы: влияние особенностей плотности состояний на электронные свойства; многоэлектронное описание сильного коллективизированного магнетизма; механизмы магнитной анизотропии; микроскопическая теория аномальных кинетических явлений в ферромагнетиках. Помимо классических проблем физики твердого тела в применении к переходным металлам, рассмотрены современные достижения в теории электронных корреляций d- и f -систем в рамках многоэлектронных моделей.

Монография посвящена обзору исследований влияния эффектов электронного беспорядка на электрон-фононное взаимодействие в металлах, сверхпроводниках, полупроводниках, а также в различных низкоразмерных структурах. Актуальность поднятых в монографии вопросов определяется интенсивным развитием нанотехнологий, созданием новых наноструктурированных материалов и уникальных наноэлементов для электроники и фотоники. Упругое электронное рассеяние на границах наноструктур качественно меняет взаимодействие электронов с фононами, что, безусловно, должно учитываться при проектировании соответствующей элементной базы. Прикладная часть работы посвящена контролируемой модификации электронных процессов для оптимизации новых наносенсоров на основе электронного разогрева в сверхпроводниковых и полупроводниковых структурах.

В настоящем пособии рассматривается обобщенная стохастическая модель электронного переноса в конденсированной среде, используемая для описания широкого круга диффузионно-опосредованных химических реакций. Предложены алгоритмы компьютерного моделирования динамики переноса электрона в рамках метода случайных траекторий. Сформулированные алгоритмы представляются наиболее перспективными в применении к многомодовым моделям, включающим целый набор координат реакции, и к системам с большим числом электронных и колебательных состояний. Особенности численного метода позволяют эффективно использовать его в среде параллельных вычислений.

Учебное пособие представляет собой систематизированное и доступное изложение курса физики твердого тела, содержащее основные элементы описания физических свойств твердых тел и процессов, происходящих в них.

Монография посвящена сильно взаимодействующим электрон-фононным системам, в которых возникает большое количество принципиально новых эффектов. Особое внимание уделено таким явлениям, как спонтанное нарушение трансляционной симметрии системы и формирование фононного конденсата при образовании полярона сильной связи, распад фононного конденсата при фотодиссоциации такого полярона и его проявление в спектрах оптической проводимости и фотоэмиссионной спектроскопии. Проанализировано влияние пространственной дисперсии решеточной поляризуемости на движение полярона по кристаллу. Актуальность исследования сильно взаимодействующих электрон-фононных систем обусловлена необходимостью понимания экспериментально наблюдаемых свойств допированных сильнополярных диэлектриков, таких как купраты, демонстрирующие высокотемпературную сверхпроводимость.