«Волны и взаимодействия в плазме твердых тел»

Специализация 510417 — Теоретическая и математическая физика

Разработчик:

профессор, доктор физ.-мат. наук ________________ А.Е.Кучма

Рецензент:

профессор, доктор физ.-мат. наук ________________ В.П.Романов

Санкт-Петербург – 2003 г.

Содержание дисциплины

Темы лекций по дисциплине

1. Основные свойства и параметры плазмы твердых тел. Условия применимости приближения слабой связи.

2. Теория основных плазменных экспериментов: рассеяние света, рассеяние электронов, эксперименты по прохождению волн.

3. Диэлектрическая проницаемость плазмы. Отклик на поперечные поля.

4. Статические свойства. Экранирование в классической и вырожденной плазме.

5. Высокочастотные свойства вырожденной плазмы. Плазменные волны в максвелловской плазме.

6. Многокомпонентная плазма в полупроводниках.

7. Плазма в магнитном поле. Спектр возбуждений в приближении локальной проводимости. Взаимодействие электромагнитных возбуждений с колебаниями решетки.

8. Нелокальные эффекты в проводимости. Циклотронные волны в электронном газе. Роль эффектов межэлектронного взаимодействия.

9. Влияние границ. Поверхностные плазменные волны.

10. Высокочастотные свойства слоистых проводников и структур.

11. Электромагнитные возбуждения в сверхрешетках.

Примерные темы для самостоятельной работы и типовых расчетов

• численная оценка степени неидеальности электронной плазмы в различных металлах и полупроводниках;

• расчет динамического структурного фактора для конкретных моделей плазмы;

• расчет спектра поверхностных плазменных колебаний на плоской границе раздела между металлом и диэлектриком с заданной частотной дисперсией диэлектрической проницаемости;

• определение спектра плазменных колебаний в системе из конечного числа слоев с заданными проводимостями.

Примерный перечень вопросов к экзамену по курсу

1. Основные параметры твердотельной плазмы. Условия малости эффектов неидеальности для вырожденной и максвелловской плазмы.

2. Статическое экранирование в максвелловской плазме.

3. Статическое экранирование в вырожденной плазме, приближение Томаса-Ферми.

4. Рассеяние электронов равновесной плазмой. Динамический структурный фактор.

5. Рассеяние света. Особенности процессов рассеяния в многокомпонентной плазме.

6. Отклик на внешнее поле. Функции реакции.

7. Динамическая диэлектрическая проницаемость, ее связь с функциями реакции.

8. Связь динамического структурного фактора с функциями реакции.

9. Дисперсионное уравнения для собственных колебаний в изотропной плазме.

10. Кинетическое уравнение с самосогласованным полем.

11. Плазменные возбуждения в вырожденной плазме, их вклад в структурный фактор.

12. Спектр плазменных волн в многокомпонентной плазме.

13. Плазма в магнитном поле. Диэлектрическая проницаемость в локальном приближении и спектр плазменных возбуждений.

14. Взаимодействие низкочастотной электромагнитной волны в магнитном поле с колебаниями решетки;

15. Нелокальные эффекты в проводимости в присутствии магнитного поля.

16. Циклотронные волны.

17. Поверхностные плазменные волны на плоской границе проводника. Роль анизотропии проводимости в случае слоистых проводников.

18. Слоистые структуры и сверхрешетки. Спектр плазменных возбуждений в бесконечной сверхрешетке.

19. Поверхностные плазменные волны в полубесконечных и ограниченных сверхрешетках.
    
    

Литература

1. Харрисон У. Теория твердого тела, М., Мир, 1972.

2. Платцман Ф., Вольф П. Волны и взаимодействия в плазме твердого тела, М., Мир, 1975.

3. Александров А.Ф., Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. Основы электродинамики плазмы, М., Высшая школа, 1978.

4. Абрикосов А.А. Основы теории металлов, М., Наука, 1987.

5. Кондратьев А.С., Кучма А.Е. Лекции по теории квантовых жидкостей, Л., Изд-во ЛГУ, 1989.

Цель изучения дисциплины: формирование у обучающихся целостного представления об электронах проводимости твердого тела как о среде, широкий круг явлений в которой может быть описан на основе рассмотрения коллективного поведения ее частиц в рамках плазменной теории.

1. Задачи курса: знакомство с основными параметрами и свойствами твердотельной плазмы, существующими подходами в ее описании; изложение теории основных экспериментов по зондированию плазмы; изучение резонансных свойств плазмы во внешних полях; исследование влияния пространственной неоднородности (наличие границ, слоистые структуры) на спектры электромагнитных возбуждений.

2. Место курса в профессиональной подготовке выпускника: содержание курса представляет собой пример использования весьма общих соотношений статистической физики для описания сложной реальной системы, каковой является твердотельная плазма; изучение курса дает возможность приобретения практических навыков построения теории явлений, связанных с коллективными движениями в плазме, и интерпретации результатов экспериментального исследования этих явлений.

Требования к уровню освоения дисциплины:

• знать основные параметры, характеризующие электроны проводимости как плазменную среду;

• знать основы теории экранирования в вырожденной и максвелловской плазме;

• знать постановку задачи о рассеянии электронов плазмой и основные соотношения соответствующей теории;

• знать основные различия в реакциях плазмы на возбуждение электронным пучком и светом;

• уметь получить связь между динамическим структурным фактором и функциями реакции;

• знать постановку задачи о спектре собственных колебаний пространственно-однородной плазмы;

• уметь находить спектр собственных плазменных колебаний на плоской границе проводника и в проводящес слое;

• знать постановку задачи о спектре электромагнитных волн в сверхрешетках, в то числе – поверхностных плазменных волн в полубесконечной сверхрешетке.

Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля