Адрес e-mail:

Образование на кафедре

Работа кафедры нацелена на подготовку квалифицированных физиков-экспериментаторов, обладающих опытом работы на современном научном оборудовании и способных самостоятельно проводить исследования по приоритетным направлениям современной науки.


Основное направление подготовки студентов в бакалавриате – Современные проблемы физики и энергетики.


Направление подготовки в магистратуре – 03.04.01 - Прикладные математика и физика – представлено тремя специализациями:



Подготовка студентов на кафедре начинается на 3 курсе. В течение 5 и 6 семестров студенты выполняют работы на двух практикумах: Оптические приборы (преподаватель Пырков Юрий Николаевич, к.ф.-м.н., доцент) и Квазиоптические измерения на миллиметровых волнах (преподаватель Самарин Александр Николаевич, к.ф.-м.н.), а также слушают 2 вводных курса лекций: Спектроскопия (преподаватель Пырков Юрий Николаевич, к.ф.-м.н., доцент) и Введение в квантовую макрофизику (преподаватель Глушков Владимир Витальевич, д.ф.-м.н., доцент). Приходя на 3 курсе в весеннем семестре на занятия в базовую организацию, студенты получают прекрасную возможность познакомиться с Институтом, больше узнать о проводимых научных исследованиях и выбрать себе место для будущей научной работы среди лабораторий Института. Несмотря на заметное количество теоретических курсов, несомненным приоритетом в подготовке молодых специалистов является научно-исследовательская работа. В основу обучения студентов на нашей кафедре положен индивидуальный подход. Студенты являются активными участниками научных исследований Института, работая в составе научных групп. Большинство из них участвует в работах по грантам, договорам и научным программам, что позволяет выплачивать студентам дополнительное финансирование. Высокий уровень исследований в магистратуре позволяет нашим студентам эффективно продолжать обучение в аспирантуре и защищать диссертации.


На 3 курсе все студенты слушают лекции:

Спектроскопия - лектор доцент, к.ф.-м.н., Пырков Юрий Николаевич


А также выполняют два лабораторных практикума:

Оптические приборы – преподаватель доцент, к.ф.-м.н., Пырков Юрий Николаевич. (Как правило в работе практикума принимают участие аспиранты нашей кафедры)

Квазиоптические измерения на миллиметровых волнах – преподаватель к.ф.-м.н., Самарин Александр Николаевич

 

На 4 курсе все студенты слушают 4 курса лекций:

Квантовая теория взаимодействия излучения с веществом – лектор Федоров Михаил Владимирович, д.ф.-м.н., профессор;

Основы лазерной физики – лектор Туморин Виктор Владимирович, к.ф.-м.н.;

Оптические свойства проводников и диэлектриков – лектор Горшунов Борис Петрович, д.ф.-м.н., доцент;

Нанофизика и инновационные технологии – лектор Звездин Константин Анатольевич, к.ф.-м.н., доцент.

Принимают участие в работе семинара «Задачи квантовой физики» – преподаватель Волков Петр Александрович.

 

В магистратуре часть читаемых лекций является общей для всех специализаций:

Кинетические явления в кристаллах – лектор Демишев Сергей Васильевич, д.ф.-м.н., профессор;

Кинетические явления в неупорядоченных средах и наноматериалах – лектор Демишев Сергей Васильевич, д.ф.-м.н., профессор;

 

Остальные курсы распределяются между специализациями в соответствии с учебным планом:

Преобразование лазерного излучения – лектор Стрелков Василий Вячеславович, д.ф.-м.н.;

Лазерная спектроскопия – лектор Козлов Дмитрий Николаевич, к.ф.-м.н.;

Физика наноструктур – лектор Тиходеев Сергей Григорьевич, д.ф.-м.н., профессор;

Квантовая оптика – лектор Винцкевич Степан Викторович;

Введение в физику поверхности – лектор Ельцов Константин Николаевич, д.ф.-м.н.;

Физика плазмы, УТС и плазменные установки – лектор Скворцова Нина Николаевна, д.ф.-м.н., доцент;

Магнитная спектроскопия – лектор Прохоров Анатолий Семенович, д.ф.-м.н., профессор;

Методы микромагнитного моделирования в спинтронике – лектор Звездин Анатолий Константинович, д.ф.-м.н., профессор;

Сверхпроводимость - лектор Демишев Сергей Васильевич, д.ф.-м.н., профессор;

Экспериментальные методы физики микроволн и наноматериалов – лектор Жукова Елена Сергеевна, к.ф.-м.н.;

Физика функциональных наноматериалов – лектор Глушков Владимир Витальевич, д.ф.-м.н., доцент;

Волоконные лазеры и усилители – лектор Буфетов Игорь Алексеевич, д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН;

Спектроскопия материалов для волоконной оптики – лектор Плотниченко Виктор Геннадиевич, д.ф.-м.н., профессор;

Физические основы волоконной оптики – лектор Бирюков Александр Сергеевич, д.ф.-м.н., профессор.


ПРОГРАММЫ КУРСОВ

Бакалавриат


Введение в квантовую макрофизику

доцент, д.ф.-м.н., Глушков В.В.


  1. Экспериментальная квантовая макрофизика как область науки на стыке квантовой механики, квантовой электроники, оптики и физики конденсированного состояния.
  2. Радиофизика и квантовая электроника. Радиофизика как «Физика для радио» и «Радио для физики». Шкала электромагнитных волн. История учения об электромагнетизме. Основные этапы в развитии радиофизики.
  3. Основные виды источников и детекторов электромагнитного излучения, методы детектирования. Электровакуумные лампы и генераторы на их основе.
  4. Источники излучения терагерцового диапазона. Клистроны. Магнетроны. Лампы бегущей и обратной волны. Детекторы терагерцового излучения.
  5. Квантовая электроника. Лазеры и мазеры. Трехуровневая и четырехуровневая схемы работы лазера.
  6. Основные типы лазеров: на основе конденсированных сред (твердотельные, полупроводниковые, жидкостные), газовые (молекулярные, эксимерные, газодинамические, химические), лазеры на свободных электронах.
  7. Полупроводниковая электроника. Биполярный и полевой транзисторы. Диоды Ганна.
  8. Волоконная оптика. Оптические волноводы. Волоконные световоды. Одномодовый и многомодовые режимы. Оптоволоконные линии передачи информации (генераторы, усилители и детекторы). Лазеры на волоконных световодах.
  9. Абсолютная шкала температур в термодинамике. Основные этапы «продвижения» к абсолютному нулю температур. Открытие сверхпроводимости. Низкие температуры и квантовые эффекты.
  10. Криогенные жидкости и методы их получения. Жидкие азот, водород, гелий и их основные свойства. Эффект Джоуля-Томсона (дросселирование). Поршневой и турбинный детандеры. Идеальный цикл ожижения газов. Схема ожижения жидкого гелия по методу Капицы.
  11. Сверхнизкие температуры. Адиабатическое размагничивание. Фазовая диаграмма 3He-4He. Принцип работы рефрижератора растворения. Методы охлаждения до температур субмикрокельвинного диапазона.
  12. Криостаты и вакуумная техника. Сосуды для хранения криогенных жидкостей. Криостаты для физических исследований. Форвакуумный и диффузионный насосы. Методы измерения степени разрежения (жидкостные манометры, термопарные и ионизационные манометрические лампы).
  13. Методы измерения низких температур. Основные виды термометров: газовый, резистивный, полупроводниковый, термопарный, магнитный, ядерный ориентационный.
  14. Источники стационарного магнитного поля. Шкала и единицы измерения магнитного поля и намагниченности. Источники стационарного магнитного поля. Сверхпроводящие магниты.
  15. Импульсные магнитные поля. Импульсные магнитные поля. Методы получения магнитного поля мегагауссного диапазона.
  16. Применение магнитных полей в физическом эксперименте. Магнитный резонанс. Эффект Холла. Квантовые осцилляционные эффекты. Магнитная томография.

Задачи квантовой физики (семинары)

Волков Петр Александрович


Семинары 1-6. Основные понятия квантовой механики. Уравнение Шредингера и интерпретация волновой функции.  Элементы квантовой теории атомов. Атомные уровни, квантовые числа, волновые функции. Ридберговские атомы. Свободные и ридберговские волновые пакеты, их формирование и свойства. Расплывание и возрождение.  Рассеяние волновых пакетов. Соотношение между классическим и квантовым описанием. Роль соотношения между длиной волны ДеБройля, размером волнового пакета и размером мишени. Индуцированные полем переходы. Калибровка и разные представления гамильтониана атома в поле. Нестационарная теория возмущений, золотое правило Ферми, правила отбора.  Фотоэффект в атомах. Поверхностный и объемный фотоэффект в металлах.


Семинары 7-9. Многофотонное возбуждение и ионизация атомов. Составные матричные элементы, динамический эффект Штарка, динамическая поляризуемость атома. Резонансные процессы, резонансная ионизация атомов. Ионизационное уширение уровней и другие механизмы уширения резонансов. Двухуровневая система в резонансном поле. Приближение вращающейся волны. Частота и осцилляции Раби. Мгновенное и адиабатическое включение взаимодействия. Точные решения для модельной огибающей. Адиабатическое инвертирование уровней. Решение в точном резонансе, -импульсы.


Семинар 10. Матрица плотности, релаксационные константы. Уравнение Лиувиля. Уравнение Карплюса-Швингера. Уравнения Блоха для компонент матрицы плотности двухуровневой системы. Продольная и поперечная релаксация. Однородное и неоднородное уширение. Насыщение.


Семинары 11-12. Квазиклассика. Стационарные квазиклассические волновые функции. Правила квантования Бора-Зоммерфельда. Туннелирование через потенциальный барьер. Квазиклассические матричные элементы дипольного момента. Релятивистские и нерелятивистские Волковские функции электрона. Оптическое туннелирование в сильном световом поле. Параметр Келдыша.


Семинары 13 и 14. Квазиэнергии и квазиэнергетические волновые функции. Теорема Флоке. Пример двухуровневой системы. Квазиэнергетические волновые функции системы "один дискретный уровень + континуум". Функции Фано, индуцированная полем структура континуума, аналогия с автоионизационными состояниями, асимметричный профиль Фано.


Семинары 15-18. Спонтанное и вынужденное излучение. Когерентное и некогерентное излучение ансамбля атомов. Принцип соответствия. Генерация гармоник. Многофотонное вынужденное тормозное излучение. Пондеромоторный потенциал. Эффект Капицы-Дирака. Надпороговая ионизация атомов.


Семинары 19-22. Стабилизация атомов в сильном световом поле. Атом Крамерса-Хеннебергера. Интерференционная стабилизация ридберговских атомов, теория и эксперимент. Интерференционная стабилизация, обусловленная резонансными переходами V-типа. Двухэлектронная ионизация атомов. Перерассеяние.


Семинары 23 и 24. Элементы квантовой теории молекул. Приближение Борна-Оппенгеймера. Молекулярные термы. Колебания и вращения молекул. Эффект выстраивания молекул в сильном световом поле.



Квазиоптические измерения на миллиметровых волнах

(семинары и лабораторные работы)

к.ф.-м.н., Самарин Александр Николаевич


Лабораторные работы.          

  1. Интерферометр Фабри-Перо

  2. Исследование и преобразование типа поляризации миллиметрового излучения

  3. Дифракционная решетка

  4. Интерферометрическое определение коэффициента преломления плавленого кварца на миллиметровых волнах

  5. Интерферометр Маха-Цандера: измерения коэффициента преломления

  6. Моделирование дифракции рентгеновских лучей в миллиметровом диапазоне длин волн

  7. Температурная зависимость показателя преломления титаната стронция SrTiO3 в миллиметровой области


Семинары

  1. Теория многолучевой интерверенции. Особенности квазиоптического интерферометра Фабри-Перо. Использование интерферометра Фабри-Перо для определения длинны волны миллиметрового генератора. Моделирование экспериментальных кривых пропускания интерферометра Фабри-Перо. Определение характеристик зеркал интерферометра.
  2. Исследование и преобразование типа поляризации миллиметрового излучения. Поляризационные элементы квазиоптических схем. Назначение элементов оптической схемы преобразования поляризации. Особенности юстировки оптической схемы. Расчет положения зеркала, отвечающего случаю круговой поляризации. Теоретический предел схемы преобразователя поляризации.
  3. Дифракция Фраунгофера и Френеля. Геометрия пропускания и отражения. Измерение геометрических размеров полос и щелей решетки с помощью микроскопа. Исследование угловых зависимостей дифрагировавшего излучения в случае различных углов наклона решетки. Моделирование экспериментальных зависимостей, сравнение теории и эксперимента. Использование дифракционной решетки для определения длины волны миллиметрового излучения.
  4. Многолучевая интерференция в плоскопараллельной пластинке. Особенности квазиоптической схемы; роль аттенюатора. Влияние стоячих волн в тракте на интерференционную картину. Расчет показателя преломление и его сравнение с табличными значениями.
  5. Теория интерферометра Маха-Цандера. Контраст интерферометра. Особенности юстировки квазиоптической схемы. Измерения показателя преломления кварцевой пластины и оптических наноматериалов. Проблема однозначного определения величины коэффициента преломления интерферометрическим методом и ее экспериментальное решение.
  6. Теория дифракции рентгеновских лучей. Формула Лауэ. Обратная решетка, построение Эвальда. Формула Селякова-Дебая-Шерера. Модель кристалла. Особенности устройства гониометра. Измерение экспериментальных картин дифракции. Идентификация рефлексов и объяснение монотонной составляющей. Определение периода решетки из экспериментальных данных.
  7. Сегнетоэлектрики. Зависимость диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от температуры. Методика температурных измерений на миллиметровых волнах. Устройство криостата. Сборка и юстировка квазиоптической схемы. Исследование пропускания образца титаната стронция как функции температуры. Восстановление температурной зависимости показателя преломления из интерференционных данных.

Квантовая теория взаимодействия излучения с веществом

д.ф.-м.н., проф. Федоров Михаил Владимирович


  1. Основные понятия квантовой механики. Уравнение Шредингера и интерпретация волновой функции. Элементы квантовой теории атомов. Атомные уровни, квантовые числа, волновые функции. Атомные единицы. Электронные волновые пакеты.
  2. Взаимодействие с полем в калибровках «длины» и «скорости». Калибровочная инвариантность. Теория возмущений. Золотое правило Ферми. Составные матричные элементы. Поляризуемость атома и динамический эффект Штарка. Пондеромоторный потенциал.
  3. Приближение вращающейся волны. Осцилляции Раби. Адиабатическое и мгновенное включение взаимодействия. Адиабатическое инвертирование. Пи-импульсы. Спонтанное излучение двухуровневой системы во внешнем резонансном поле.
  4. Теорема Флоке. Квазиэнергии. Решение задачи «один уровень + невырожденный континуум». Функции Фано. Автоионизационные состояния. Автоионизационно-подобные состояния.
  5. Параметр Кедыша. Туннельный и многофотонный пределы. Надпороговая ионизация. Пондеромоторный сдвиг порога ионизации и закрытие каналов. Теория и эксперимент.
  6. Вероятности многофотонного вынужденного тормозного излучения и поглощения. Эффект Маркуза. Поглощение лазерного излучения в плазме – пределы слабого и сильного поля. Параметры нелинейности для многофотонных процессов и для коэффициента поглощения.
  7. Классические уравнения движения электрона в поле ондулятора и усиливаемой волны. Медленные и быстрые движения. Уравнение математического маятника. Коэффициент усиления. Режимы короткого и длинного ондулятора. Насыщение. Элементы квантовой теории лазеров на свободных электронах.
  8. Ридберговские атомы. Квазиклассические матричные элементы. Применения в теории надпороговой ионизации атомов. Интерференционная стабилизация ридберговских атомов. Стабилизация в сверх-атомном поле по типу Крамерса-Хеннебергера.
  9. Спонтанное параметрическое рассеяние как метод генерации бифотонных состояний. Перепутывание состояний, его количественные характеристики: параметр Шмидта и конкарренс. Разложение Шмидта. Системы с дискретными и непрерывными переменными. Примеры состояний с очень высокой степенью перепутывания. Соотношения между ширинами распределений, измеряемых по одночастичной схеме и по схеме совпадений. Интерпретация «парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена в терминах ширин распределений, измеряемых по схеме совпадений.

Нанофизика и инновационные технологии

доцент, к.ф.-м.н., Звездин Константин Анатольевич


  1. Основы квантовой механики. Атом водорода. Спин. Магнитный момент атомов.
  2. Зонная структура твердых тел: металлы, диэлектрики, полупроводники.
  3. Носители заряда и примесные состояния в полупроводниках. p-n переход и биполярные транзисторы. Структуры металл-диэлектрик-полупроводник.
  4. Микроэлектронные элементы памяти и логики. Закон Мура и физический предел миниатюризации полупроводниковых устройств.
  5. Переход к нанотехнологиям. Низкоразмерные системы и наноструктуры. Масштабирование. Мезоскопика.
  6. Наноматериалы: Двумерные материалы (пленки). Одномерные материалы: органические и неорганические нанотрубки и нанопроволоки, полимеры.
  7. Нанокластеры. Полупроводниковые наноточки. Нанокомпозитные материалы и их свойства.
  8. Измерение длин и сил на нанометровом масштабе. Методы и инструменты нанометрологии. Электронные микроскопы. Зондовая микроскопия. Сканирующие туннельный и силовой микроскопы. Сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля.
  9. Производство наноструктур: Методы bottom-up: химический синтез, самосборка, позиционная сборка. Методы top-down: прецизионная механика, литография, нанопечать. Манипулирование отдельными атомами («оптический пинцет»). Роль моделирования в процессе создания и проектирования новых наноматериалов и приборов
  10. Спинтроника. Магнитосопротивление и спин-поляризованный транспорт. Приложения спинтроники (спиновые клапаны, магнитная память MRAM, сенсорные системы).
  11. Новые функциональные материалы спинтроники – мультиферроики.
  12. Фотоника и магнитофотоника. Фотонные кристаллы.
  13. Молекулярная и пластиковая электроника.
  14. Элементы квантовой информатики (кубит, логические операции с ними, проблема декогерентности и квантовая коррекция ошибок).
  15. Био-нанотехнологии. «Доставка лекарства». Разработка новых лекарств. Мониторинг состояния здоровья. Имплантаты.
  16. Перспективы и проблемы развития нанотехнологий.

Оптические приборы

(Лабораторный практикум)

доцент, к.ф.-м.н., Пырков Юрий Николаевич


  1. Дифракционная решетка.

  2. Температура пламени.

  3. Эффект Зеемана.

  4. Изучение свойств полупроводникового лазера.

  5. Изучение свойств волоконных световодов.

  6. Модуляция света.

  7. Интерференционный фильтр.


Перечень контрольных вопросов для сдачи дифференцированного зачета в 5-ом семестре.

  1. Нормальная ширина щели.

  2. Угол блеска дифракционной решетки.

  3. Разрешающая способность дифракционной решетки.

  4. Формула Планка для спектральной плотности мощности излучения черного тела (ЧТ).

  5. Приближение Вина и Релея-Джинса для формулы Планка.

  6. Отличия излучения реальных объектов от излучения ЧТ.

  7. Разрешающая способность интерферометра Фабри-Перо.

  8. Разрешающая способность призменного монохроматора.

  9. Как определить подручными (бытовыми) средствами основные направления поляризатора.

  10. Связь вольт-амперной характеристики светоизлучающего диода с его спектром люминесценции.

  11. Пороговый ток лазерного диода.

  12. Связь распределения интенсивности излучения в дальнем поле и линейных размеров выходного торца лазерного диода.

  13. Длина волны отсечки.

  14. Диаметр пятна моды и связь с распределением интенсивности излучения в дальнем поле.

  15. Принцип работы электрооптического модулятора.

  16. Принцип работы магнитооптического модулятора.

  17. Оценить максимальные частоты модуляции для электрооптического, магнитооптического и механического модуляторов.

  18. Свойства интерференционного зеркала и интерференционного фильтра.


Оптические свойства проводников и диэлектриков

доцент, д.ф.-м.н., Горшунов Борис Петрович


  1. Уравнения Максвелла и материальные уравнения. Временная и пространственная дисперсии. Свойства тензора диэлектрической проницаемости (соотношения симметрии Онсагера, гиротропные и негиротропные среды. Функции линейной реакции и их Фурье-компонент, соотношения Крамерса-Кронига). Нормальные электромагнитные волны в среде с дисперсией (закон дисперсии и поляризация волн, декремент затухания волн и глубина затухания волн, комплексный показатель преломления, изотропные и анизотропные негиротропные среды, энергия электромагнитного поля в среде с дисперсией).
  2. Оптические свойства диэлектриков. Неполярные диэлектрики (модель упруго связанных электронов, диэлектрическая проницаемость в периодическом поле, поглощение и аномальная дисперсия. Локальное электрическое поле в поляризованной среде, поправка Лоренц-Лоренца. Полярные диэлектрики (дебаевская теория диэлектрической релаксации, релаксационный максимум поглощения).
  3. Оптические свойства проводников (металлов) и полупроводников. Проводники в переменных полях (модель проводимости Друде-Лоренца, диэлектрическая проницаемость и проводимость в переменном поле). Динамическая проводимость (свободные электроны в переменном электрическом поле, диэлектрическая функция проводящих кристаллов, плазменный резонанс, правило сумм). Оптические свойства проводников (комплексный показатель преломления для проводящих сред, низкочастотная область и скин-эффект, коэффициент отражения, формула Хагена-Рубенса, промежуточные частоты и ленгмюровская экранировка, высокочастотная область, плазменные колебания). Скин-эффект в проводниках (нормальный и аномальный скин-эффект, поверхностный импеданс, импеданс вещества). Оптические свойства полупроводников (механизмы поглощения, особенности Ван Хова).
  4. Оптические свойства сверхпроводников (энергетическая щель, температурное поведение спектров динамической проводимости, двухжидкостная модель сверхпроводимости, плазмонные возбуждения в высокотемпературных сверхпроводниках, правило сумм для сверхпроводников).
  5. Структуры, методики и оборудование различных экспериментальных методов. Оптические свойства многослойных структур. (Отражение и прохождение волн на границе раздела двух сред. Коэффициенты пропускания, отражения, поглощения плоскопараллельной пластины и многослойных структур. Оптические свойства тонких металлических и сверхпроводящих плёнок. Согласование двух сред металлическими плёнками). Тонкие диэлектрические, полупроводниковые и металлические плёнки как термочувствительные элементы тепловизионных устройств.

Основы лазерной физики

к.ф.-м.н., Туморин Виктор Владимирович


  1. Исторический обзор создания первых лазеров. Введение. Физические предпосылки создания лазеров. Спонтанное и вынужденное излучение в долазерной оптике; поглощение, процессы релаксации. Методы создания инверсной населенности. Мазеры (аммиачный, рубиновый).
  2. Твердотельные лазерные среды, активированные ионами переходных металлов группы железа. Лазер на рубине. Основное состояние иона Cr3+ (правило Хунда). Схема уровней иона Cr3+ в поле кубической симметрии. Трехуровневая схема накачки. Лазерные переходы. Лазер на александрите. Электронно-колебательные переходы. Принцип Франка-Кондона. Лазер на титан-сапфире.
  3. Твердотельные лазерные среды, активированные ионами редкоземельных элементов. Электронные термы редкоземельных ионов. Прямые и обращенные мультиплеты.
  4. Неодимовый лазер. Схема уровней. Кросс-релаксация и ап-конверсия в системе ионов Nd3+. Неодимовые лазеры на кристаллах и стеклах. Уширение спектральных линий, однородное и неоднородное уширение. Эрбиевый лазер. Правило дополнительности. Время жизни уровней. Саомоограниченный переход. Роль ап-конверсии при высоких концентрациях ионов Er3+. Гольмиевый лазер. Трансформация энергии накачки в гольмиевом лазере. Итербиевый лазер. Волоконные лазеры.
  5. Виды газовых лазеров. Возбуждение электронным ударом. Законы подобия газовых разрядов.  Не-Ne лазер. Перенос возбуждения между атомами в газовом разряде. Зависимость выходной мощности Не-Ne лазера от плотности тока газового разряда. Методы стабилизации частоты генерации Не-Ne лазера.
  6. Лазеры на парах металлов. Лазеры на парах меди и золота. Роль пленения излучения на переходе 2P – 2S в создании инверсной населенности. Использование неустойчивых телескопических резонаторов для получения высоконаправленного излучения.
  7. СО2 лазер. Моды колебания молекулы СО2. Роль N2 и Не в создании инверсной населенности. Колебательно – вращательные переходы и правила отбора для них. P, Q и R ветви люминесценции. Виды СО2 лазеров. СО лазер. Роль ангармонической накачки. Частичная инверсия при колебательно-вращательных переходах. Каскадная генерация.
  8. Эксимерные лазеры. Разлетный нижний лазерный уровень.
  9. Полупроводниковые лазеры. Собственные и примесные полупроводники, р-n переход. Прямозонные полупроводники. Условие инверсной населенности. Снижения порога генерации при переходе от гомоструктур к гетероструктурам, квантовым ямам, нитям, точкам. Роль согласования периода кристаллической решетки в лазерах на гетеропереходах. Квантовые каскадные лазеры.
  10. Теория лазерных резонаторов. Виды резонаторов. Устойчивые резонаторы, диаграмма устойчивости резонатора. Уравнение Гельмгольца и гауссовы пучки. Эрмит и Лаггер-Гауссовые моды высших порядков. Дифракционные потери.
  11. Матричная оптика. Закон ABCD преобразования гауссовых пучков. Фазовый сдвиг и спектр частот мод устойчивого резонатора без учета дифракции. Особенности конфокального резонатора. Резонатор с зеркалами конечного размера и неустойчивый резонатор. Эквивалентные резонаторы.
  12. Методы управления параметрами лазерного излучения. Режимы работы лазеров. Скоростные (кинетические) уравнения. Стационарная генерация и оптимизация выходной мощности излучения. Нестационарные режимы: модуляция добротности резонатора лазера. Физические явления, используемые для модуляции лазерного излучения, основные типы модуляторов; электрооптические модуляторы, линейный электрооптический эффект (эффект Поккельса), акустооптические модуляторы, насыщающиеся поглотители. Оптимизация энергии и пиковой мощности излучения лазера, работающего в режиме модулированной добротности. Синхронизация мод (активная, пассивная), ультракороткие лазерные импульсы, способы их получения. Усиление лазерного излучения. Ненасыщенное и насыщенное усиление, мощность и энергия насыщения. Возможная величина энергии (мощности), извлекаемая из усиливающей среды.

Спектроскопия

доцент, к.ф.-м.н., Пырков Юрий Николаевич


  1. Типы спектральных приборов.
  2. Источники инфракрасного излучения. Перестраиваемые лазеры
  3. Постоянная времени приемников.
  4. Измерение спектров пропускания объектов. Измерение спектров поглощения объемных материалов. Реальный ход лучей. Измерение спектров потерь в волоконных. световодах.      
  5. Выведение оболочечных мод. Перемешивание сердцевинных мод. Установление равновесного распределения интенсивности излучения в сердцевинных модах. Устранение неповторяемости скола. Сварка световодов.
  6. Измерение длины волны отсечки. Основные методы измерения длины волны отсечки. Метод изгиба.
  7. Обзор основных ошибок возникающих при измерении спектров. Шумы и наводки детекторов и измерительной системы. Нелинейности детекторов и измерительной системы. Нестабильности источников, согласующей оптики, проводящей среды, детекторов и измерительной системы. Искажения, связанные с отличной от нуля постоянной времени регистрирующей системы. Методы обработки измеренных спектров, и какие ошибки могут при этом возникнуть. Спектры поглощения и излучения обрабатываются в частотном масштабе! Приближение измеренного спектра модельным. Выбор количества параметров модельной функции Весовая функция.

Магистратура

Спектроскопия материалов для волоконной оптики

д.ф.-м.н., проф. Плотниченко Виктор Геннадиевич


  1. Оптика высокопрозрачных твердотельных материалов. Распространение излучения в твердотельных материалах. Пропускание, преломление и отражение. Поглощение, рассеяние и излучение. Законы Бугера-Ламберта-Бера, Кирхгоффа, Рэлея и Ми. Механизмы собственных и несобственных оптических потерь в высокопрозрачных материалах. Методы измерения оптических потерь в заготовках и волоконных световодах в различных диапазонах спектра. Методы прецизионного измерения спектральной зависимости показателя преломления. Специфика измерения оптических потерь в волоконных световодах.
  2. Характеризация структуры молекул, кристаллов и стекол. Элементы теории групп и симметрии молекул и кристаллов. Точечные и пространственные группы симметрии. Классификация уровней энергии, их вырождение. Правила отбора для процессов поглощения и рассеяния первого и второго порядков. Интерпретация экспериментальных спектров рассеяния и поглощения.
  3. Квантовохимические методы для спектроскопии оптических материалов. Уравнение Шредингера для кулоновской системы. Адиабатическое приближение. Приближение Хартри-Фока. Уравнение Рутана. Выход за пределы приближения Хартри-Фока (электронная корреляция). Конфигурационное взаимодействие. Теория возмущений. Теория функционала плотности. Базисные наборы. Неэмпирический и полуэмпирические методы квантовой химии. Расчеты наблюдаемых свойств. Геометрия. Колебания (частоты, интенсивность ИК поглощения и КР). Электронные состояния. Расчеты твердого тела. Примеры применения квантовохимического моделирования для интерпретации спектроскопических данных.
  4. Практическая спектроскопия объемных образцов и волоконных световодов. Использование ИК и КР спектроскопии в исследовании материалов для волоконной оптики. Спектрометры Lambda 900, IFS 113v и Т64 000. Спектроскопия высокочистого кварцевого стекла с различными добавками для волоконной оптики (SiO2, SiO2 –GeO2, SiO2-P2O5). Спектроскопия бескислородных материалов для волоконной оптики (халькогенидные стекла, фторидные стекла, кристаллические галогениды Tl, Ag и щелочных металлов). Измерение спектральной зависимости коэффициента экстинкции для полос поглощения различных примесей.

Введение в физику поверхности

д.ф.-м.н., Ельцов Константин Николаевич


  1. Основные понятия о поверхности как о специфическом объекте физических исследований. Чистые поверхности. Поверхность металлов и полупроводников. Поверхностные состояния.
  2. Электронная структура поверхности. Теоретические подходы. Экспериментальные методы исследования. Кристаллическая структура. Реконструкция. Методы анализа. Оптические свойства. Физическая адсорбция. Химическая адсорбция. Поверхностные химические реакции. Фазовые переходы на чистой поверхности и поверхности, покрытой адсорбатом. Рост кристаллов на поверхности.
  3. Экспериментальные подходы при работе с поверхностью твердого тела в контролируемых условиях сверхвысокого вакуума. Основные экспериментальные методы анализа поверхности в сверхвысоком вакууме. Сканирующая туннельная микроскопия/спектроскопия и ее возможности.
  4. Современное состояние дел в области физики поверхности. Современные проблемы физики поверхности.

Волоконные лазеры и усилители

член-корреспондент РАН, проф., д.ф.-м.н., Буфетов Игорь Алексеевич


  1. Основные предпосылки развития волоконных устройств. Основные понятия. Обзор волоконных устройств, рассматриваемых в настоящем курсе. Их область применения.
  2. Историческое введение. Системы связи с оптическими усилителями и без них.
  3. Эрбиевые волоконные усилители. Введение. Роль эрбиевых усилителей. Оптическое усиление. Схема уровней ионов эрбия в матрице из плавленого кварца. Математическое моделирование усилителя. Гауссово приближение. Приближение слабого сигнала. Усиление в режиме насыщения. Спектр усиления и ширина спектра. Разновидности конструкций эрбиевых усилителей. Шумы в эрбиевых усилителях. Эрбиевые усилители в системах связи со спектральным уплотнением каналов. Примеры систем связи с эрбиевыми усилителями.
  4. Рамановские волоконные усилители. Введение. Главное преимущество рамановских усилителей. Спонтанное рамановское рассеяние. Явление вынужденного рамановского рассеяния. Математическое описание усиления. Приближение слабого сигнала. Усиление в режиме насыщения. Коэффициент рамановского усиления волоконного световода. Зависимость его величины и его спектральных свойств от типа световода. Шумы в рамановских усилителях. Системы связи с рамановскими усилителями. Предварительные усилители, линейные усилители и усилители мощности. Системы связи, содержащие как эрбиевые, так и рамановские усилители.
  5. Волоконные усилители на других ионах редкоземельных металлов. Волоконные одномодовые лазеры с накачкой в сердцевину. Их основные элементы. Неодимовые и иттербиевые волоконные лазеры с двойной оболочкой. Структура световода с двойной оболочкой. Схемы уровней неодима и иттербия в матрице из плавленного кварца с различным легированием. Спектры поглощения и люминесценции. Математическое описание процессов генерации в лазерах на световоде с двойной оболочкой. Типичные параметры лазеров. Их предельные характеристики. Область применения. Импульсные волоконные лазеры.
  6. Преобразователи частоты излучения. Многокаскадные волоконные рамановские лазеры. Основные элементы волоконных рамановских лазеров. Оптические схемы лазеров. Моделирование процессов в рамановских лазерах. Рамановские лазеры на различных типах световодов. Основные факторы, определяющие к.п.д. лазеров. Некоторые реальные схемы лазеров. Нелинейные явления, ограничивающие использование высоких значений мощности излучения в световодах.

Квантовая оптика

к.ф.-м.н. Винцкевич Степан Викторович


  1. Важнейшие “мысленные” эксперименты в квантовой механике, квантовая природа света. Математический формализм в квантовой теории. Состояния и операторы в унитарном и гильбертовом пространствах, статистическая структура квантовой теории. Квантовые состояния, оператор плотности, наблюдаемые. Соотношение неопределённости. Оптимальное различие квантовых состояний. Составные квантовые системы и сцепленность (запутанность, перепутывание).
  2. Квантование электромагнитного поля. Квантовые состояния света (состояния Фока, многомодовые когерентрные состояния, фазовые состояния, сжатые состояния, тепловое состояние). Представление квантовых состояний в фазовом пространстве, P-фунцкция Глаубера - Сударшана, Q - функция Хушими-Кано, функция Вигнера. Интерференция в фазовом пространстве.  Квантовая теория поля “волновых пакетов” фотонов Титлауера - Глаубера (Titlauer - Glauber).
  3. Квантовая запутанность (перепутывание, сцепленность) для дискретных и непрерывных переменных, чистых и смешанных состояний, PPT - критерий.  Процесс спонтанного параметрического рассеяния света как источник запутанных фотонов.
  4. Проективные измерения, POVM - измерения. Квантовые каналы и представление операторной суммой. Элементы теории открытых квантовых систем.
  5. Квантовые схемы. Квантовые вентили (gates). Реализация квантовых схем на оптических фотонах.
  6. Томография квантовых состояний и процессов (в частности, в квантовой оптике). Новейшие методы томографии с применением машинного обучения и байесовских методов.
  7. Влияние шума на качество и чистоту квантовых состояний на примере параметрического рассеяния.
  8. Квантовые сети (Quantum Networks), улучшение разрешения в измерениях (Quantum assisted measurements) с помощью ресурса квантовой запутанности и квантовой памяти (Quantum memory)
  9. Квантовая оптическая интерферометрия.  Эффект Хонга-Оу-Манделя. Применения в области сверх-точных измерений.
  10. Теория фотодетектирования и новейшие результаты (Timepix 3 Camera). Квантовое освещение (Quantum Illumination).
  11. Элементы атомной оптики и Cavity QED (атомы в резонаторе, взаимодействующие с квантованным ЭМ полем).  Применение для создания квантовой памяти.


Кинетические явления в кристаллах

д.ф.-м.н., проф. Демишев Сергей Васильевич


Зонный спектр кристаллов

Многочастичное уравнение Шредингера для кристалла. Приближение Борна-Оппенгеймера. Одноэлектронное приближение. Уравнение Хартри и уравнение Хартри-Фока. Зонный спектр. Квазиимпульс, зона Бриллюэна. Теорема Блоха. Закон дисперсии и эффективная масса. Методы расчетов зонного спектра метод псевдопотенциала, k-p – метод. Тензор эффективной массы, роль симметричных точек в зоне Бриллюэна. Зонный спектр одномерного уравнения Шредингера с периодическим потенциалом. Операторы координаты и скорости для электронов в кристалле. Закон изменения квазиимпульса. Метод эффективной массы. «Искривление» зон во внешнем поле. Динамика электрона в случае однородного электрического поля. Решение задачи о водородоподобной примеси.


Квазичастицы

Квазичастицы. Определение, введение квазичастиц на примере идеального Ферми-газа. Поверхность Ферми. Полное число состояний в зоне Бриллюэна. Функции распределения квазичастиц и частиц, химпотенциал. Электроны и дырки в полупроводниках. Модель Ферми-газа. Плотность состояний, особенности Ван-Хова. Эффективная масса плотности состояний. Интегралы Зоммерфельда. Температурная зависимость химпотенциала, температура вырождения. Электронная теплоемкость. Квазичастицы в идеальном Бозе-газе. Функции распределения и химпотенциал. Бозе-конденсация. Температура конденсации. Колебания кристаллической решетки. Динамические уравнения, свойства силовой функции. Закон дисперсии. Акустические и оптические колебания. Переход к квантовому описанию. Фононы, функция распределения. Фононная теплоемкость.


Движение в магнитном поле

Движение электронов в кристалле во внешнем магнитном поле. Траектории и циклотронная масса. Квазиклассическое квантование движения в магнитном поле. Уровни Ландау. Плотность состояний. Роль экстремальных сечений поверхности Ферми. Цилиндр Ландау. Квантовые осцилляционные явления. Эффекты де Гааза-ван Альфена и Шубникова-де Гааза. Период квантовых осцилляций по обратному полю. Движение химпотенциала в магнитном поле. Спиновое расщепление. Амплитуда осцилляций. Формула Лифшица-Косевича, температура Дингла. Использование квантовых осцилляционных эффектов для исследования поверхности Ферми.


Кинетическое уравнение Больцмана

Модель Друде: проводимость, эффект Холла, магнитосопротивление и циклотронный резонанс. Кинетическое уравнение Больцмана. Выражение для тока и потока энергии. Теорема Лиувилля. Приближение времени релаксации. Время релаксации для основных механизмов рассеяния в твердых телах (ионы примеси, колебания решетки, вакансии и точечные дефекты, дислокации, границы кристаллитов, межэлектронное рассеяние). Задача о рассеянии электрона на ионизованной примеси. Формула Конуэлл-Вайскопфа. Решение кинетического уравнения Больцмана в вырожденном случае. Проводимость, частотная зависимость проводимости. Движение в магнитном поле, тензор проводимости и эффект Холла. Сравнение с моделью Друде. Общее решение кинетического уравнения Больцмана в приближении времени релаксации. Продольные и поперечные эффекты. Кинетические коэффициенты. Случаи изотропной и анизотропной эффективной массы. Расчет проводимости с помощью кинетического уравнения Больцмана. Температурная зависимость дрейфовой подвижности в случае рассеяния на акустических фононах и ионах примеси. Случай многодолинной изоэнергетической поверхности. Транспортная эффективная масса. Случай нескольких групп носителей заряда. Сравнение с моделью Друде.



Кинетические явления в неупорядоченных средах и наноматериалах

д.ф.-м.н., проф. Демишев Сергей Васильевич


Теория протекания

Теория протекания. Задача узлов на упорядоченных решетках. Кластеры. Порог протекания. Задачи на конечных решетках. Задачи на бесконечных решетках. Бесконечный кластер. Инвариант задачи узлов. Черное и белое протекание. Структура бесконечного кластера (на примере задачи узлов). Модель Шкловского-де Женна. Радиус корреляции, критическое поведение, физический смысл для x>xc и x<xc. Функция P(x) для вероятности принадлежности к бесконечному кластеру. Задача связей и ее инвариант. Решетка Бете. Точное решение для P(x) и xc на решетке Бете. Континуальные задачи. Инвариант континуальной задачи. Задачи на случайных узлах. Задача сфер, критерий связности. Инварианты задачи сфер. Кинетические свойства гетерогенных сред. Проводимость для случая малой концентрации включений. Металлические включения в диэлектрической матрице. Идеально проводящие (сверхпроводящие) включения в диэлектрической матрице. Эффект формы включений. Критическое поведение проводимости в окрестности порога протекания для металлических и сверхпроводящих включений. Интерполяционные формулы.


Прыжковая проводимость

Постановка задачи о проводимости по локализованным состояниям. Прыжковая проводимость. Сетка сопротивлений Миллера-Абрахамса. Метод решения задачи о прыжковой проводимости, основанный на теории протекания. Закон Мотта. Прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка, оптимальные прыжки. Влияние особенностей в плотности состояний на прыжковую проводимость. Суперлокализация волновой функции. Решение задачи о прыжковой проводимости по Мотту. Проводимость на постоянном и переменном токе. Оптимальные прыжки. Проблема корреляций. Короткодействующие (хаббардовские) корреляции. D- -состояния. Влияние хаббардовских корреляций на прыжковую проводимость. Дальнодействующие (кулоновские) корреляции. Кулоновская щель. Элементарные возбуждения в модели кулоновской щели. Кулоновская щель и прыжковая проводимость. Экранировка в модели кулоновской щели.


Переход металл-изолятор

Переход металл-изолятор. Случайный потенциал, порог подвижности Ферми-стекло. Локализованные и делокализованные состояния. Теорема Андерсона. Модели Андерсона и Мотта. Переход металл-изолятор в легированном полупроводнике. Критерий Мотта. Скейлинг. Проблема описания перехода металл-изолятор, порог подвижности как особая точка. Модель Андерсона, безразмерная проводимость как мера беспорядка. Гипотеза масштабной инвариантности. Вывод уравнения однопараметрического скейлинга. Квантовые поправки к проводимости. Отрицательное магнитосопротивление в теории квантовых поравок, квантовые интерференционные эффекты. Асимптотики функции Гелл-Манна - Лоу в двумерном и трехмерном случаях. Окрестность порога подвижности. Локализация состояний в двумерных системах. Критическое поведение радиуса локализации и проводимости в модели однопараметрического скейлинга. Температурные зависимости в модели однопараметрического скейлинга. Длина когерентности. Квантовые поправки к проводимости на металлической стороне перехода. Окрестность порога подвижности, решение Аронова-Альтшулера. Диэлектрическая сторона перехода, неоптимальные прыжки Звягина. Смена режима оптимальных и неоптимальных прыжков. Неоптимальные прыжки на постоянном и переменном токе. Переход металл-изолятор в Ферми-стекле по Мотту. Минимальная металлическая проводимость. Активация на порог подвижности. Анализ экспериментальных данных с точки зрения различных моделей: модели Мотта, скейлинга и квазиклассической теории протекания. Особенности проводимости и критического поведения в двумерных системах с точки зрения модели однопараметрического скейлинга. Проблема определения положения порога подвижности. Эффект сдвига порога подвижности в результате квантовых интерференционных эффектов.


Гальваномагнитные и термоэлектрические явления

Описание гальваномагнитных эффектов с помощью кинетического уравнения Больцмана. Эффект Холла. Угол Холла, холловская подвижность, коэффициент Холла. Расчет эффекта Холла с помощью кинетического уравнения Больцмана. Случаи слабого и сильного поля, Холл-фактор. Случай нескольких групп носителей заряда. Сравнение с моделью Друде. Магнитосопротивление. Коэффициент магнитосопротивления. Расчет поперечного магнитосопротивления с помощью кинетического уравнения Больцмана. Случаи слабого и сильного поля. Насыщение магнитосопротивления. Роль поля Холла. Магнитосопротивление в образце конечных и бесконечных размеров. Отрицательное магнитосопротивление в теории квантовых поправок. Влияние магнитного поля на прыжковую проводимость. Сетка сопротивлений Миллера-Абрахамса в магнитном поле. Решение для случаев слабого и сильного поля. Сжатие волновой функции. Влияние хаббардовских корреляций. Спин-поляризационный и зеемановский механизмы магнитосопротивления Отрицательное магнитосопротивление в области прыжковой проводимости. Эффект Холла в области прыжковой проводимости. Описание термоэдс с помощью кинетического уравнения Больцмана. Характеристики пары и материала. Вырожденный и невырожденный случаи. Формула Мотта. Вклад электрон-фононного взаимодействия в термоэдс. Фононное увлечение. Случай нескольких групп носителей заряда. Термоэдс в области прыжковой проводимости. Формула Звягина. Термоэдс в гетерогенных средах.


 

Лазерная спектроскопия

к.ф.-м.н., Козлов Дмитрий Николаевич


Нелинейно-оптические явления и распространение волн в нелинейной среде

Нелинейная поляризация и характерные нелинейно-оптических явления. Связанные волны в нелинейной среде в приближении медленно меняющихся амплитуд. Взаимодействие двух электромагнитных волн в условиях близости суммы или разности их частот к частоте собственного возбуждения среды. ВКР-усиление и ослабление, спонтанное КР и двухфотонное поглощение в центросимметричных средах. Система уравнений для связанных волн в средах без центра симметрии (с участием поляритонов).


Методы когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света и их применения в исследовании структуры и динамики молекул

Описание процесса когерентного антистоксова комбинационного рассеяния света (КАРС) в центросимметричной среде. Эффективность рассеяния, условия синхронизма, форма линии, связь c(3) с сечением КР . Основные особенности, достоинства и недостатки КАРС спектроскопии. Сравнение методов спектроскопии спонтанного КР, ВКР-усиления и КАРС. Четырехволновое смешение при двухфотонном резонансе. Экспериментальная техника нелинейной когерентной спектроскопии. Спектральное, временное и пространственное разрешение. ИК-КАРС спектрометр. Механизмы и особенности уширения спектральных линий в спектрах КР и их изучение методом КАРС и ВКР-усиления. Исследования столкновительных процессов распределения и релаксации вращательной и колебательной энергии молекул методами когерентной спектроскопии рассеяния. Некоторые применения методов нелинейной спектроскопии КР в практических задачах по локальной невозмущающей диагностике газовых параметров: Измерение температуры и спектроскопия возбужденных разрядом колебательно-вращательных состояний азота. Исследование горения смесей CH4/O2 и O2/H2.

Нелинейно-оптическая спектроскопия поляритонов

Описание процессов КР света на фононных поляритонах и двухфотонного поглощения света экситонными поляритонами на языке связанных волн в кристаллах без центра симметрии.  ВКР-усиление, Эффективность спонтанного КР, коэффициент двухфотонного поглощения. Форма линии. k- и w-спектроскопия экситонных и фононных поляритонов. Частотно-угловые спектры рассеяния и двухфотонного поглощения. Нелинейно-оптическое возбуждение фононных поляритонов - источник для терагерцовой (ТГц) спектроскопии. Некоторые особенности ТГц-спектроскопии. Гиперкомбинационное рассеяние света на фононных и экситонных поляритонах.


Магнитная спектроскопия

д.ф.-м.н. Прохоров Анатолий Семенович


  1. Магнитный момент и момент импульса. Прецессия. Магнетон Бора. Намагниченность и магнитное поле. Канонический импульс заряженной частицы. Теорема Бора – Ван-Леевена.

  2. Орбитальный и спиновый моменты.  Спиновые матрицы Паули и спиноры. Операторы рождения и уничтожения. Взаимодействие двух спинов.

  3. Изолированные магнитные моменты. Атом в магнитном поле, магнитная восприимчивость, диамагнетизм, парамагнетизм, основное состояние иона и правила Хунда, ядерный спин, сверхтонкая структура/

  4. Кристаллическое окружение, происхождение кристаллического поля, эффект Яна-Теллера.

  5. Магнитные взаимодействия. Обменное взаимодействие, происхождение обменного взаимодействия, прямой обмен, непрямой обмен в ионных кристаллах (сверхобмен), непрямой обмен в металлах, двойной обмен, анизотропный обмен, континуальное приближение.

  6. Типы магнитного упорядочения. Ферромагнетизм: модель Вейса, магнитная восприимчивость, влияние магнитного поля, происхождение молекулярного поля. Антиферромагнетизм: модель Вейса, магнитная восприимчивость, влияние сильного магнитного поля, типы антиферромагнитного упорядочения. Метамагнетизм, суперпарамагнетизм, сперомагнетизм, асперомагнетизм, гелимагнетизм, миктомагнетизм, сперимагнетизм, ядерное упорядочение. Регистрация магнитного порядка: намагниченность и магнитная восприимчивость, рассеяние нейтронов и другие методы.

  7. Магнитный порядок и спонтанное нарушение симметрии. Спонтанное нарушение симметрии. Модели: теория Ландау ферромагнетизма, модели Гайзенберга и Изинга, одномерная и двумерная модели Изинга. Следствия нарушения симметрии. Фазовые переходы. Жесткость.

  8. Магнитные домены. Доменные стенки, магнитокристаллическая анизотропия, ширина доменной стенки, формирование доменов, процессы намагничивания, наблюдение доменных стенок, малые магнитные частицы, модель Стонера-Вольфарта, магнитомягкие и магнитожесткие материалы.

  9. Магнетизм в металлах. Модель свободных электронов, парамагнетизм Паули, уровни Ландау, диамагнетизм Ландау, магнетизм электронного газа, возбуждения в электронном газе, волны спиновой плотности, эффект Кондо, модель Хаббарда.

  10. Конкурирующие взаимодействия и низкая размерность. Фрустрация, одномерные магнетики (спиновые цепочки, спиноны, халдейновские цепочки, спин-Пайерлсовский переход), двумерные магнетики, квантовые фазовые переходы, тонкие пленки и мультислои.

  11. Магнитооптика, магнитосопротивление в ферромагнетиках, анизотропное магнитосопротивление, гигантское магнитосопротивление, колоссальное магнитосопротивление, эффект Холла), органические и молекулярные магнетики.

  12. Электронный и ядерный парамагнитный резонанс, ядерный гамма-резонанс (Мёссбауревская спектроскопия).

  13. Динамика магнитной решетки. Магнитные возбуждения: магноны, закон Блоха Т3/2, теорема Мермина-Вагнера-Березинского.

  14. Ферромагнитный резонанс. Влияние формы образца, магнитной анизотропии, доменной структуры на резонансную частоту, фактор Ланде.

  15. Антиферромагнитный резонанс (АФМР). Теория и экспериментальные исследования АФМР. Поглощение света в АФМ (двухмагнонное поглощение, фонон-магнонное и экситон-магнонное поглощение).

  16. Магнитоэлектрические (МЭ) явления в магнитоупорядоченных средах. Линейный МЭ эффект. МЭ явления в мультиферроиках. МЭ свойства интерфейсов. МЭ материалы.



Методы микромагнитного моделирования в спинтронике

д.ф.-м.н., проф. Звездин Анатолий Константинович


  1. Наномагнетизм и спинтроника.

  2. Спинтроника первого поколения. Основные физические представления и теоретические модели, используемые в компьютерном моделировании. Модель Стонера и современные методы анализа энергетического спектра кристаллов.

  3. Спинтроника второго поколения, Явления переноса момента количества движения и их использование в спинтронике. Теоретические модели и их анализ. Обобщенное уравнение Ландау-Лифшица.

  4. Магнитоэлектрические свойства наноматериалов. Мультиферроики и их теоретические модели. Квантово-механический анализ спектров ионов переходных и редкоземельных элементов в материалах спинтроники.

  5. Теоретические модели новых материалов со специальными топологическими свойствами. Фаза Берри и ее роль в наномагнетизме и спинтронике. Аномальный эффект Холла. Спиновый Холл эффект. Спин-орбитальное взаимодействие и гамильтониан Рашба.

  6. Магнитная нанофотоника. Фотонные и плазмонные кристаллы. Физические основы и теоретические модели. Методы численного решения уравнений Максвелла. Метод связанных волн.

  7. Фемтомагнетизм и плазмоника. Физические основы и теоретические модели.


Сверхпроводимость

д.ф.-м.н., проф. Демишев Сергей Васильевич


  1. Введение в сверхпроводимость. История открытия сверхпроводимости. Критические температуры сверхпроводников. Отличие сверхпроводника от идеального проводника. Эффект Мейснера-Оксенфельда. Магнитная фазовая диаграмма, критическое поле. Элементарная термодинамика сверхпроводников. Формула Рутгерса.

  2. Двухжидкостная модель. Основные положения двухжидкостной модели сверхпроводника. Первое и второе уравнения Лондонов. Лондоновская электродинамика сверхпроводников. Флюксоид и сверхпотенциал. Односвязные и многосвязные сверхпроводники. Модифицированное второе уравнение Лондонов для односвязного сверхпроводника. Проникновение магнитного поля в сверхпроводник. Объяснение эффекта Мейснера-Оксенфельда. Экранирующий ток.Модель Гортера-Казимира. Температурные зависимости концентраций нормальных и сверхпроводящих электронов. Температурные зависимости критического поля и лондоновской глубины проникновения. Динамическая проводимость сверхпроводника в двухжидкостной модели. Скин слой в сверхпроводнике. Нелокальная теория Пиппарда. Длина когерентности и длина свободного пробега.

  3. Квантовые теории сверхпроводимости. Макроскопическая волновая функция в сверхпроводнике. Квантование магнитного потока. Квант потока и эксперименты по его наблюдению. Удвоенное значение заряда и идея электронной пары. Физические идеи, лежащие в основе теории Гинзбурга-Ландау. Макроскопическая волновая функция как параметр порядка. Градиентный член, его физический смысл и следствия для теоретического описания. Два пространственных масштаба теории. Описание однородного сверхпроводника в отсутствие внешнего магнитного поля. Неоднородный сверхпроводник во внешнем магнитном поле. Первое уравнение Гинзбурга-Ландау и граничное условие к нему. Второе уравнение Гинзбурга-Ландау. Физический смысл граничного условия.

  4. Связь уравнений Гинзбурга-Ландау с уравнениями Лондонов. Жесткость волновой функции. Указание на наличие энергетической щели в спектре сверхпроводника. Приведенные уравнения Гинзбурга-Ландау. Градиентная инвариантность и ее следствия. Физический смысл длины когерентности. Слабая сверхпроводимость. Способы реализации слабой связи между сверхпроводниками. Уравнения Джозефсона. Вывод уравнения Джозефсона для тока в теории Гинзбурга-Ландау.

  5. Физические следствия джозефсоновских уравнений. Джозефсоновская генерация. Квантовый интерферометр (сквид постоянного тока). Аналог явления дифракции.

  6. Описание сверхпроводника в рамках представлений о сверхтекучем Бозе-конденсате. Изотопический эффект. Качественное объяснение притяжения между электронами, поляронные эффекты, обмен виртуальными фононами.

  7. Теория Бардина-Купера-Шрифера (БКШ). Куперовские пары. Схемы спаривания (s- и d-спаривание, p-спаривание, триплетная сверхпроводимость). Особенности s-спаривания. Энергетическая щель. Оценка размера пары. Критический ток сверхпроводника.

  8. Модельный гамильтониан в теории БКШ в представлении вторичного квантования. Выражение для энергии и энергетическая щель. Спектр элементарных возбуждений и плотность состояний. Связь между величиной щели и критической температурой. Температурная зависимость щели. Щель как параметр порядка. Наблюдение щели в туннельных экспериментах. Связь микроскопической теории БКШ и теории Гинзбурга-Ландау. «Чистый» и «грязный» предельные случаи. Сверхпроводники с сильной связью. Формула Мак-Миллана для критической температуры. Константа электрон-фононного взаимодействия и кулоновская константа. Высокотемпературная сверхпроводимость.

  9. «Золотые задачи» в теории сверхпроводимости. Одномерные уравнения Гинзбурга-Ландау. Связь критического поля с глубиной проникновения и длиной когерентности. Разрушение сверхпроводимости в тонкой пленке магнитным полем, направленным параллельно ее поверхности. Поверхностная энергия границы раздела между нормальной и сверхпроводящей областями в металле. Параметр Гинзбурга-Ландау. Сверхпроводники I и II рода. Выражения для поверхностной энергии при x<<l и x>>l. Линеаризованное уравнение Гинзбурга-Ландау. Максимально возможное значение критического поля в массивном материале и поле переохлаждения. Поверхностная сверхпроводимость.

  10. Магнитные свойства сверхпроводников I и II рода. Промежуточное состояние сверхпроводника I рода. Домены. Термодинамический потенциал в элементарной теории промежуточного состояния. Роль поверхностной энергии. Оценка размера домена. Смешанное состояние сверхпроводника II рода. Вихревое решение уравнений Гинзбурга-Ландау. Вихрь Абрикосова, квант потока, связанный с вихрем. Энергия вихря. Условие рождения единичного вихря. Взаимодействие вихрей. Проникновение магнитного поля в сверхпроводник II рода. Решетка вихрей Абрикосова. Намагничение сверхпроводников I и II рода. Критические поля Hc, Hc1, Hc2, Hc3. Магнитные фазовые диаграммы. Формулы для критических полей сверхпроводников.


Физика наноструктур

д.ф.- м.н., проф. Тиходеев Сергей Григорьевич


  1. Основные понятия о наноструктурах и способах их изготовления. Введение: что такое наноструктуры, их классификация, самые общие свойства, способы изготовления. Полупроводниковые сверхрешетки. Блоховские осцилляции в сверхрешетках. Полупроводниковые квантовые ямы. Полупроводниковые квантовые нити и точки. Наноструктуры на основе углерода (фуллерены, нанотрубки).

  2. Экспериментальные подходы по исследованию наноструктур. Наноструктуры на основе углерода (фуллерены, нанотрубки). Электронные возбуждения в полупроводниковых наноструктурах.

  3. Оптические свойства наноструктур. Оптические свойства полупроводниковых наноструктур. Экситоны в наноструктурах. Локализационное и диэлектрическое усиление экситонов в наноструктурах. Полупроводниковые микрорезонаторы с активными квантовыми ямами - поляритонные эффекты. Фотонные кристаллы, в том числе с оптически активными наноструктурами (полупроводниковыми и металлическими). Долгоживущие непрямые экситоны в двойных квантовых ямах и поиски их Бозе-конденсации.


Физика функциональных наноматериалов

д.ф.-м.н., доцент Глушков Владимир Витальевич


  1. Введение в нанотехнологии. Основные термины и понятия нанотехнологий. Методы синтеза различных наноматериалов. Особенности исследования физических свойств и фундаментальные проблемы характеризации наноматериалов. Роль наномасштаба в «традиционных» объектах физики конденсированного состояния вещества

  2. Структура наноматериалов. Атомарные структуры и типы связи в наноматериалах. Влияние размерных эффектов и флуктуаций на механические свойства нанообъектов. Прочностные свойства наноматериалов. Термодинамические свойства наносистем. Удельная теплоемкость и локальные фононные моды. Влияние размера на температуру плавления нанокластеров.

  3. Металлические наноматериалы. Металлические наночастицы. Магические числа, геометрическая и электронная структура металлических нанокластеров. Оптическая проводимость металлических наночастиц. Плазмонный резонанс. Температура перехода, длина когерентности и глубина проникновения магнитного поля. Вихревая решетка в сверхпроводниках. Пиннинг. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих наносистемах.

  4. Полупроводниковые наноструктуры. Влияние размерных эффектов на зонный спектр полупроводников. Квантовые ямы, проволоки и точки. Инфракрасные детекторы и лазеры на квантовых точках.

  5. Электронный транспорт в наноструктурах. Одноэлектронное туннелирование через металлический нанокластер. Кулоновская блокада и одноэлектронный транзистор. Гранулированные среды. Квантовый эффект Холла. Электронный транспорт в графене.

  6. Магнитные наноматериалы. Влияние размера на магнитные свойства частиц. Магнитные кластеры и наноструктуры. Гигантское и колоссальное магнитосопротивление. Суперпарамагнетизм. Перемагничивание однодоменных частиц. Магнитные вихри. Квантовые спиновые цепочки.

  7. Наноматериалы в оптике. Оптическая и колебательная спектроскопия наноматериалов. Экситонные и поляритонные состояния. Фотонные кристаллы. Оптические свойства нанопористого кремния. Фторидная оптическая нанокерамика. Углеродные нанотрубки в волоконных лазерах.

  8. Применение функциональных нано-материалов. Наномеханизмы и наноустройства. Микро- и наноэлектромеханические системы. Нанотехнологии в электронике. Спинтроника. Квантовая наноэлектроника.


Физические основы волоконной оптики

д.ф.-м.н., проф. Бирюков Александр Сергеевич


  1. Основные понятия волоконной оптики. Основные предпосылки развития волоконной оптики. Что такое волоконный световод. В чем основное отличие волноводного режима распространения света от его распространения в объемной среде. Первичные сведения об устройстве световода. Волоконный световод – как среда для передачи световых сигналов на большие расстояния

  2. Необходимые сведения из электродинамики сплошных сред. Электромагнитная природа света. Необходимые сведения из электродинамики сплошных сред: уравнения Максвелла в диэлектриках, волновое уравнение, граничные условия на поверхностях разделов сред, плоские электромагнитные волны, основные законы оптики – преломление, отражение, полное внутреннее отражение. Решение волнового уравнения для диэлектрического круглого цилиндра. Моды цилиндрического световода. Одномодовые и многомодовые световоды, основные параметры одномодовых световодов (числовая апертура, длина волны отсечки, диаметр поля моды). Материальная и волноводная дисперсии. Поляризация. Двулучепреломление

  3. Технологии изготовления заготовок. Основные методы легирования стекла (MCVD, OVD, VAD, золь-гель и т.д.). Связь концентрации легирующего компонента в стекле с его оптическими свойствами (оптическими потерями, хроматической дисперсией, показателем преломления, нелинейностью и т.д.). Процесс вытяжки световода из заготовки с нанесением защитных покрытий.

  4. Основы нелинейной волоконной оптики. Основное уравнение нелинейной оптики – нелинейное уравнение Шредингера и его связь с другими известными в физике нелинейными уравнениями. Фазовая самомодуляция, вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР), вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ), четырехволновое смешение. Активные волоконные световоды. ВКР – конверторы (одноступенчатые, каскадные).

  5. Волоконные лазеры и усилители. Волоконные лазеры и усилители на активных световодах, легированных редкоземельными элементами Er, Yb, а также Bi. Специальные волоконные световоды (СВС). Анизотропные СВС. Микроструктурированные (МС). Типы МС. МС как с большим, так и малым размером поля моды. Генерация суперконтинуума. СВС для ИК спектральных диапазонов (более 2 мкм). Световоды из специальных стекол и кристаллические световоды.

  6. Решетки показателя преломления в волоконных световодах. Роль решеток для волоконно-оптической техники и их получение. Фоточувствительность плавленых кварцевых стекол. Решетки показателя преломления в волоконных световодах. Методы записи решеток. Параметры решеток, выступающих в качестве селективных зеркал в волоконных лазерах и усилителях.

  7. Физические основы волоконно-оптической связи. Физические основы волоконно-оптической связи (ВОЛС). Высокая помехозащищенность ВОЛС. Минимальная обнаружимая мощность и квантовый предел детектирования оптических сигналов. Одночастотные лазеры и лазеры с узкими спектральными линиями генерации, ограничения по мощности оптических сигналов в ВОЛС. Волоконно-оптические ретрансляторы. Волоконно-оптические датчики и системы на их основе. Волоконные световоды, применяемые в волоконно-оптических датчиках (ВОД) физических полей (давления, температуры, перемещения, напряженности магнитного поля и т.д.). Разновидности (типы) ВОД – датчики на основе измерения интенсивности, датчики на основе волоконных интерферометров (Фабри-Перо, Майкельсона, Маха-Цандера, Саньяка).


Физические основы квантовой информатики

д.ф.-м.н., проф. Федоров Михаил Владимирович


  1. Определения перепутывания двухчастичных состояний, параметры, степень перепутывания, условные и безусловные плотности вероятности. Модель двойных гауссовых функций.

  2. Разложение Шмидта для двухчастичных состояний, параметр степени перепутывания Шмидта

  3. Одно и двух-фотонные поляризационные состояния. Операторы рождения и уничтожения фотонов, векторы состояний и волновые функции

  4. Бифотонные поляризационные кутриты и кукварты, понятия конкарренс и энтропии редуцированной матрицы плотности.

  5. Поляризационная матрица плотности кутритов, сфера Пуанкаре и поляризационные векторы Стокса.

  6. Эффект Хонга-У-Манделя, манипуляции с фотонами

  7. Спонтанное параметрическое рассеяние в кристаллах, фазовый синхронизм, режимы рассеяния, бифотонные волновые функции, угловое и частотное перепутывание

  8. Неколлинеарное спонтанное параметрическое рассеяние, гигантское азимутальное перепутывание, разложения типа многомодового разложения Шмидта, эффект Мигдалла, поляризации неколлинеарных бифотонов

  9. Квантовая телепортация. Современные представления и эксперименты.



Экспериментальные методы физики микроволн и наноматериалов

к.ф.-м.н. Жукова Елена Сергеевна


  1. Экспериментальные методы структурного анализа наноматериалов. Экспериментальные методы физики конденсированных сред. Структурный анализ, спектроскопические методы и магнитометрия. Рентгенодифракционные методы исследования структурированных материалов. Нейтронография, электронография. Микроскопия и зондовые методы. Визуализация гетероструктур и наноразмерных объектов.

  2. Принципы оптической спектроскопии. Спектроскопия с временным и частотным разрешением. Интерференционная спектроскопия. Понятие спектроскопии. Шкала электромагнитных волн. Спектроскопические методы. «Спектроскопический провал». Понятие импеданс материала. Резонаторы, волноводы, коаксиальные провода, полосковые линии, цепи. Преобразование Фурье. Тепловые источники электромагнитных волн. Фононный спектр. Крамерс-Крониг анализ. Упругое и неупругое рассеяние электромагнитных волн. Метод Рамановской спектроскопии. Поляризация электромагнитных волн. Эллипсометрия. Дальняя инфракрасная эллипсометрия.

  3. Методы и приборы микроволновой (терагерцовой) спектроскопии. Терагерцовая провал.  Источники микроволнового излучения: твердотельные приборы, лазеры. Источники микроволнового излучения: электровакуумные приборы, тепловые источники. Умножители частоты. Терагерцовые детекторы. Спектроскопия с временным разрешением (Time-domain). Фотокондуктивные антенны и приемники. Источники и приемники импульсного микроволнового излучения. ЛОВ-спектроскопия.  Лампа обратной волны. Квазиоптические измерения. Интерферометр Рождественского. Терагерцовая спектроскопия ближнего поля.

  4. Применение микроволн в медицине, биологии и промышленности. Терагерцовый имиджинг.

  5. Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES-angle resolved photo emission spectroscopy).

  6. Магнитометрия. Электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонансы (ЯМР, ЭПР, Томография.). Сквид – магнитометр (SQUID). Мюонная спектроскопия. Эффект Мёссбауэра.

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

© 2001-2020 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Противодействие коррупции | Сведения о доходах

Политика обработки персональных данных МФТИ

Техподдержка сайта | API

Использование новостных материалов сайта возможно только при наличии активной ссылки на https://mipt.ru

МФТИ в социальных сетях