Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

01.04.09 - Физика низких температур

ПРОГРАММА-МИНИМУМ
кандидатского экзамена по специальности
01.04.09 "Физика низких температур"
по физико-математическим и техническим наукам

Введение

В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: техника низких температур, термодинамика и статистическая физика, физика конденсированного состояния.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по физике при участии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Института физических проблем им. П.Л. Капицы РАН.

1. Техника низких температур

1.1. Эффект Пельтье. Дросселирование газов и эффект Джоуля-Томсона. Температура инверсии. Детандер, расширение газов при постоянной энтропии. Рефрижератор растворения. Фазовая диаграмма смеси 3He и 4He. Процесс Стирлинга. Охлаждение по методу Померанчука. Метод адиабатического размагничивания. Ядерное размагничивание. Тепловые контакты и теплоизоляция. Криостаты.
1.2. Газовый термометр. Термопары. Металлические, полупроводниковые и угольные термометры сопротивления. Магнитная термометрия.
1.3. Методы получения сильных магнитных полей. Стационарные магнитные поля, электромагниты. Сверхпроводящие соленоиды. Импульсные поля.
1.4. Методы получения высоких давлений. Камеры высокого давления. Наковальни Бриджмена.

2. Термодинамика и статистическая физика

2.1. Абсолютная температура. Термодинамическая и эмпирическая шкалы температуры, их взаимосвязь. Равновесные и неравновесные состояния макроскопических систем. Параметры состояния. Обратимые и необратимые процессы. Первое, второе и третье начала термодинамики. Термодинамические потенциалы. Энтропия. Дифференциальные соотношения между производными термодинамических величин. Уравнения состояния. Изотермические и адиабатические процессы. Цикл Карно. Термодинамическое равновесие. Условия равновесия фаз. Химический потенциал. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Тройная точка, критическая точка.
2.2. Понятие функции распределения. Каноническое распределение Гиббса. Статистическое истолкование термодинамики. Вычисление свободной энергии методами статистической физики. Теорема равнораспределения энергии по степеням свободы. Термодинамические функции идеального газа. Распределение Максвелла - Больцмана.
2.3. Равновесные фазовые переходы. Фазовые переходы первого рода. Скрытая теплота перехода. Метастабильные состояния. Переохлаждение и перегрев. Фазовые переходы второго рода. Скачок теплоемкости. Изменение симметрии и параметр порядка. Критические индексы. Фазовые переходы 2.5 рода.
2.4. Статистика Ферми - Дирака. Статистика Бозе - Эйнштейна. Бозе-эйнштейновская конденсация, свойства бозе-конденсата.

3. Низкотемпературная физика твердого тела

3.1. Трансляционная симметрия кристаллов. Концепция квазичастиц. Теорема Блоха. Элементарная ячейка и зона Бриллюэна. Энергетический спектр электронов в твердых телах. Основные методы расчета зонной структуры. Разрешенные и запрещенные зоны. Энергия Ферми. Поверхность Ферми. Металлы-полупроводники, диэлектрики. Электроны и дырки в полупроводниках, примесные уровни.
3.2. Фононный спектр в кристаллах. Тепловое расширение твердых тел. Теплоемкость твердых тел. Температура Дебая. Теплопроводность твердых тел.
3.3. Гальваномагнитные явления. Магнитосопротивление. Эффект Холла. Квантование орбитального движения, уровни Ландау. Формула Лифшица - Онсагера. Температура Дингла. Квантовые осцилляции термодинамических величин, эффект де Хааза - Ван Альфвена. Квантовые осцилляции кинетических величин, эффект Шубникова - де Хааза. Ультраквантовый предел.
3.4. Высокочастотные свойства твердых тел. Скин-эффект. Аномальный скин-эффект. Поверхностный импеданс. Геликоны. Альфвеновские волны. Затухание Ландау. Циклотронный резонанс. Плазменные колебания.
3.5. Электронный парамагнитный резонанс. Ядерный магнитный резонанс. Ядерный квадрупольный резонанс. Эффект Мёссбауэра.
3.6. Целочисленный и дробный квантовые эффекты Холла. Композитные фермионы, дробная статистика.

4. Сверхтекучесть

4.1. Жидкий гелий. Сверхтекучесть 4He и 3He. Теория сверхтекучести Ландау. Сверхтекучая и нормальная компоненты. Параметр порядка в сверхтекучем 4He и сверхтекучем 3He. Фазовые диаграммы 4He и 3He. Фононы и ротоны. Квантованные вихри в гелии. Сверхтекучесть в пленках.
4.2. Твердый гелий, фазовая диаграмма. Антиферромагнетизм 3He.

5. Сверхпроводимость

5.1. Критическая температура. Критический ток. Критическое магнитное поле. Эффект Мейснера. Термодинамика сверхпроводников, формула Рутгерса. Линейная электродинамика сверхпроводников, уравнения Лондонов.
5.2. Нелинейная электродинамика сверхпроводников, уравнение Пиппарда. Скин-эффект и поверхностный импеданс в сверхпроводниках. Квантование магнитного потока. Теория сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау. Глубина проникновения и длина когерентности. Параметр Гинзбурга-Ландау. Энергия границы раздела нормальной и сверхпроводящей фаз.
5.3. Сверхпроводники первого рода. Промежуточное состояние. Сверхпроводники второго рода. Смешанное состояние. Первое и второе критические поля. Вихри Абрикосова. Пиннинг вихрей и крип магнитного потока.
5.4. Изотопический эффект. Взаимодействие Фрелиха, куперовские пары. Модель Бардина-Купера-Шриффера. Спектр элементарных возбуждений в сверхпроводниках. Энергетическая щель. Плотность состояний на уровне Ферми. Электрон-фононное взаимодействие.
5.5. Туннельный эффект в сверхпроводниках. Переход металл - изолятор - металл. Переход нормальный металл - изолятор - сверхпроводник. Переход сверхпроводник - изолятор - сверхпроводник. Андреевское отражение. Стационарный эффект Джозефсона Нестационарный эффект Джозефсона. Джозефсоновская глубина проникновения. Скорость Свихарта. Ступеньки Шапиро.
5.6. Квантовые интерферометры. Сверхпроводящее кольцо с джозефсоновским контактом. Безгистерезисный режим СКВИДа. Гистерезисный режим СКВИДа. Низкочастотный СКВИД. Высокочастотный СКВИД. Симметричный СКВИД Циммермана, трансформатор потока.
5.7. Органические сверхпроводники. Фуллерены, сверхпроводимость фуллеридов. Системы с тяжелыми фермионами. Магнитные сверхпроводники. Оксидные высокотемпературные сверхпроводники.
5.8. Сверхпроводниковые приемники излучения. Детектирование электромагнитных волн. Сверхпроводниковый болометр.

6. Низкотемпературный магнетизм

6.1. Атомный магнетизм. Принцип Паули. Спиновый магнитный момент. Орбитальный магнитный момент. Спин-орбитальное взаимодействие. Диамагнетизм и парамагнетизм. Закон Кюри. Диамагнетизм Ландау. Парамагнетизм Паули. Парамагнетизм Ван Флека. Парамагнетизм коллективизированных электронов. Эффект Кондо.
6.2. Основные типы магнитного упорядочения. Закон Кюри - Вейсса. Ферромагнетизм. Критерий Стонера. Ферримагнетизм. Антиферромагнетизм. Слабый ферромагнетизм антиферромагнетиков, взаимодействие Дзялошинского. Состояние спинового стекла.
6.3. Обменное взаимодействие. Косвенное обменное взаимодействие через лиганды (сверхобмен). Обменное взаимодействие через электроны проводимости (РККИ-взаимодействие).
6.4. Модель Изинга. Модель Гейзенберга.
6.5. Магнитная анизотропия. Ориентационные фазовые переходы. Спин-флоп и спин-флип переходы.
6.6. Магнитные кластеры, наноразмерные структуры. Низкоразмерный магнетизм. Димеры, спиновые цепочки, спиновые лестницы. Спиновая щель. Спин-пайерлсовский переход.
6.7. Динамические свойства магнетиков, антиферромагнитный и ферромагнитный резонансы.

Основная литература

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Наука, 1976; Квантовая механика. М.: Наука, 1974; Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Статистическая физика. Ч. II. М.: Наука, 1978; Физическая кинетика. М.: Наука, 1979. Займан Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1974. Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М.: Наука, 1987. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. М.: Мир, 1979. Шмидт В.В. Введение в сверхпроводимость. М.: Наука, 1982. Тилли Дж., Тилли Дж. Сверхтекучесть и сверхпроводимость. М.: Мир, 1977. Лоунасмаа О.В. Принципы и методы получения температур ниже 1 К. М.: Мир, 1977. Линтон Э.А. Сверхпроводимость. М.: Мир, 1974. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М.П. Малкова). М.: Энергоатомиздат, 1985.

Дополнительная литература

Скотт Р.Б. Техника низких температур. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. Методы получения и измерения низких и сверхнизких температур / Под ред. Б.И. Веркина. Киев: Наукова думка, 1987. Халатников И.М. Теория сверхтекучести. М.: Наука, 1971. Попов М.И. Термометрия и каллориметрия. М.: Изд-во МГУ, 1954. Заварицкий Н.В. Сверхпроводимость. М.: Изд-во МФТИ, 1985.

Примечание. При подготовке к экзамену по техническим наукам акцентировать внимание на разделы 1.1 - 1.4, 2.1, 3.1, 3.2, 3.5, 5.6, 5.8, 6.1 - 6.3, 6.7.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика