Физика поверхности

Учебное пособие

Лекции по физике поверхности (11,9 Мбайт)

Содержание разделов дисциплины

1. Основные тенденции и проблемы развития физики твердотельных наноструктур

Размерные эффекты в твердых телах. Проблемы создания низкоразмерных наноструктур и возможные пути их решения.

2. Особенности распространения волн в искусственных сверхрешетках

Рассеяние рентгеновского излучения. Особенности диэлектрической проницаемости твердых тел в рентгеновском диапазоне частот: приближение свободных электронов. Приближение однократного рассеяния: отражение от многослойных структур. Влияние неровностей границ раздела на отражение рентгеновского излучения. Фактор Дебая — Валлера. Метод укороченных уравнений. Приближение слабой связи для электрона в периодическом потенциале. Спектр и собственные функции электрона в периодическом потенциале: приближение сильной связи. Особенности спектра в полуограниченном твердом теле. Поверхностные состояния И. Е. Тамма и их роль в процессах адсорбции.

3. Равновесные и неравновесные свойства поверхности твердого тела

Равновесная форма кристаллов. Теорема Вульфа. Равновесная форма при конечной температуре. Фазовый переход в шероховатое состояние. Механизмы релаксации к равновесию. Проблема роста кристаллов. Оценка минимальной толщины сплошной пленки: модель Колмогорова. Диффузионное взаимодействие через поле адсорбированных атомов: движение эшелона ступеней в процессе роста кристалла. Укрупнение кристаллитов в процессе роста: модель Лифшица — Слезова.

4. Особенности строения гетерограниц и интефейсов

Равновесные свойства границы двух твердых тел: эффекты несоизмеримости решеток. Дислокации несоответствия в модели Френкеля-Конторовой. Явление псевдоморфизма. Условия выбора гетеропары. Спинодальный распад в твердых растворах: феноменологическое и микроскопическое описание. Равновесная форма границы раздела фаз в распадающихся твердых растворах. Диффузия в «неидеальных» твердых растворах: уравнение Кана-Хилларда. Магнитные домены. Энергия ферромагнетика. Структура доменной стенки Блоха.

5. Принципы создания новых сред для сверхплотной записи информации

Размеры и форма магнитных доменов в одноосных ферромагнетиках. Однодоменные частицы. Перспективы создания устройств сверхплотной записи информации. Локализация квантовомеханической частицы в «мелкой” яме. Случайные блуждания: теорема Полиа. Зависимость существования фазового перехода в модели Изинга от размерности пространства.

Рекомендуемая литература

Основная литература

1. Л.Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Курс теоретической физики, т. 3, 5, 8.
2. И.Ф.Люксютов, А. Г. Наумовец, В. Л. Покровский, Двумерные кристаллы, Наукова Думка, 1988.
3. Дж.Займан, Модели беспорядка, Мир, 1982.

Дополнительная литература

1. Ф.Ф.Волькенштейн, Физико-химия поверхности полупроводников, Наука, 1973.
2. А.Г.Хачатурян, Теория фазовых превращений и структура твердых растворов, Наука, 1974.

Вопросы для контроля

1. Чем определяется равновесная форма капли жидкости? Найти форму капли из вариационного принципа.
2. Какова дисперсия шероховатости поверхности в простейшей модели роста?
3. Каковы особенности диэлектрической проницаемости твердых тел в рентгеновском диапазоне частот э/м излучения?
4. Каковы особенности угловой зависимости коэффициента отражения рентгеновского излучения от плоской границы раздела в приближении однократного рассеяния?
5. Каковы особенности отражения рентгеновского излучения от многослойных структур?
6. В чем суть метода укороченных уравнений?
7. Каковы особенности спектра электрона в полуограниченном твердом теле?
8. Доказать теорему Вульфа для равновесной формы кристаллов.
9. В чем суть явления псевдоморфизма? Каковы условия выбора гетеропары?
10. Пользуясь моделью Колмогорова оценить минимальную толщину сплошной пленки.
11. Каковы основные положения модели Лифшица-Слезова для роста ансамбля зерен новой фазы?
12. Каковы основные положения феноменологической теории спинодального распада твердых растворов?
13. Найти инкремент неустойчивости однородного распределения концентрации в рамках модели Кана-Хилларда?
14. Каков физический механизм образования доменной структуры в ферромагнетиках?
15. Сформулируйте условие перехода в однодоменное состояние.
16. Каковы принципы записи и хранения информации на магнитных носителях?
17. Каковы условия локализации квантовомеханической частицы в мелкой яме?
18. Сформулируйте теорему Полиа для случайно-блуждающей частицы.
19. Какова связь существования фазовых переходов и размерности пространства?