МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский физико-технический институт
(государственный университет)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
Ю.А. Самарский
___ декабря 2008 г.
ПРОГРАММА
по курсу: ФИЗИКА НАНОСТРУКТУР И ФИЗИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИИ
по направлению: 511600
факультет: ФНТИ
кафедра: физики и физического материаловедения
курс: 4
семестр: 8
лекции: 32 часа
практические (семинарские) занятия: нет
лабораторные занятия: нет
самостоятельная работа: 1 час в неделю
экзамен: нет
зачет: 8 семестр
ВСЕГО ЧАСОВ: 32
Программу и задание составил:
д.ф.-м.н., проф. Лозовик Юрий Ефремович
Программа утверждена на заседании кафедры физики и
физического материаловедения ___ декабря 2008 года
Заведующий кафедрой
В.Г. Вакс
ФИЗИКА НАНОСТРУКТУР И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
НАНОТЕХНОЛОГИИ
Введение
1. Тенденции и основные открытия в современной
нанотехнологии . Закон Мура.
2. Ограничения и возможности нанолитографии.
3. Основные устройства для анализа с нанометровым
пространственным разрешением.
4. Принципиальные особенности низкоразмерных систем
1. Низкоразмерные системы и наноструктуры
1.1. Инверсионные слои.
1.2. Гетероструктуры.
1.3. Квантовые ямы и сверхрешетки. Связанные квантовые
ямы.
1.4. Квантовые провода.
1.5. Квантовые точки: спектроскопия и приложения.
2. Двумерные электронные и электрон-дырочные системы
2.1. Основные свойства двумерного электронного газа.
2.2. Сильно коррелированные низкоразмерные электронные
системы. Теория ферми-жидкости Ландау. Латинжеровская
жидкость.
2.3. Вигнеровский кристалл.
2.4. Переход Мотта-Хаббарда.
2.5. Фазовые переходы в системе электронов и дырок в
полупроводниковых наноструктурах. Модель экситонных фаз.
2.6. Бозе-конденсация и сверхтекучесть экситонов и
магнитоэкситонов в наноструктурах: теория, эксперименты и
проблемы.
2.7. Эффекты увлечения.
2
3. Теория низкоразмерных разупорядоченных систем
3.1. Источники случайного поля в кристалле: примеси,
шероховатость поверхности раздела, дефекты кристалла и т.п.
3.2. Делокализованные и локализованные состояния в
примесном кристалле.
3.3. Пороги подвижности в трехмерных неупорядоченных
системах.
3.4. Правило Иоффе-Регеля.
3.5. “Примесный” переход Хаббарда.
3.6. О минимуме металлической проводимости.
3.7. Локализация Андерсона.
3.8.1. Модель Андерсона. Модель Лифшица.
3.8.2. Критерии локализации.
3.8.3. Самоусредняющиеся величины.
3.8.4. Квантовая перколяция.
3.8.5. Локализация в одномерных системах.
3.8.6. Слабая локализация. Роль интерференции путей с
обращенным временем.
3.8.7. Универсальная добавка к друдевской проводимости в
двумерной электронной системе.
3.8.8. Отрицательное магнитосопротивление.
3.8.9. Нерешенные проблемы. Роль взаимодействия
носителей. Электронные корреляции и переход металлдиэлектрик в двумерной электронной системе.
4. Мезоскопические явления. Фазовая когерентность
5. Квантовый эффект Холла
5.1. Эффект Холла в полупроводниках. Выражение для
холловского сопротивления.
5.2. Целочисленный квантовый эффекты Холла.
5.2.1.Основные экспериментальные закономерности
целочисленного квантового эффекта Холла.
3
5.2.2.Продольная и поперечная проводимость и
сопротивление.
5.2.3. Диск Корбино
5.2.4. Спектр и плотность состояний двумерного
электронного газа в сильных магнитных полях. Кратность
вырождения. Заполнение уровня Ландау.
5.2.5. Случайное поле примесей.
5.2.6. Движение электрона в скрещенных электрическом и
магнитном поле.
5.2.7. Дрейфовое приближение в сильных магнитных полях
и квантование холловской проводимости.
5.2.8. Краевые состояния. Перколяция.
5.2.9. Квантовый эффект Холла и топологические
инварианты
5.2.10. Эффект Бома – Ааронова.
5.2.11. Калибровочная инвариантность и квантование
холловской проводимости.
5.2.12. Квантование холловского сопротивления и эталон
сопротивления.
5.2.13.Квантование холловского сопротивления и
постоянная тонкой структуры.
5.2.14. Квантовый эффект Холла в графене.
5.3. Дробный квантовый эффект Холла.
5.3.1. Основные экспериментальные закономерности
дробного квантового эффекта Холла.
5.3.2.Теория Лафлина. Несжимаемые квантовые жидкости.
5.3.2.3. Свойства вариационной функции Лафлина.
5.3.2.4. Аналогия волновой функции Лафлина и
двумерной электродинамики (зарядов с логарифмическим
взаимодействием). Квазичастицы – квазиэлектроны и
квазидырки.
5.3.2.5. Дробный заряд квазичастиц. Доказательство
Лафлина по аналогии с двумерной электродинамикой.
Доказательство Шриффера с использованием эффекта БомаАаронова.
4
5.3.3. Экспериментальное доказательство дробного заряда
квазичастиц по спектру шумов.
5.3.4. Дробная статистика квазичастиц.
5.3.5. Композитные фермионы – новый тип квазичастиц.
Аналогия целочисленного и дробного квантовых эффектов
Холла. Калибровочные поля. Теория типа Черна-Саймонса.
5.4. Композитные фермионы при дробных заполнениях уровня
Ландау с четными знаменателями.
5.4.1. Поверхность Ферми для композитных фермионов.
5.4.2. Экспериментальные проявления композитных
фермионов: магнитная фокусировка и резонансное поглощение
ультразвука в системе антиточек.
5.4.5. Двухслойные системы композитных фермионов.
Спаривание композитных фермионов. Сверхтекучесть и эффекты
увлечения. Экспериментальные проявления.
5.4.6. Новые загадки.
6. Открытие и свойства графена
6.1. Аллотропные формы углерода.
6.2. Проблема устойчивости двумерных мембран.
6.3. Методы получения графена.
6.4. Симметрия и электронный спектр графена. Аналогия с
уравнением Дирака для нейтрино. Киральность.
6.5. Графен и парадокс Клейна в квантовой электродинамике.
Аномальное прохождение электронов через барьер.
6.6. Отсутствие отражения назад и отсутствие слабой
локализации в графене. Проблема минимальной металлической
проводимости в графене.
6.7. Поведение графена в сильном магнитном поле. Эффект
Шубникова-де Газа и экспериментальное доказательство
линейности электронного спектра. Аномальный квантовый
эффект Холла для графена.
6.6. Плазмоны и магнитоплазмоны в графене
6.5. Возможные наноустройства на основе графена.
6.6. Нерешенные проблемы в графене.
5
.
7. Нанотрубки
6.1. Классификация и электронные свойства нанотрубок.
6.2. Применения нанотрубок в наноэлектронике
6.2. Наноэлектромеханические системы на основе нанотрубок
8. Квантово-электродинамические явления в твердотельных
микрополостях
8.1. Поляритоны в оптической микрополости с погруженной
квантовой ямой.
8.2. Бозе-конденсация поляритонов микрополости и
безинверсионный поляритонный лазер.
9. Фотонные кристаллы - материалы с фотонными щелями:
свойства, аналогии, применения. Фотонные квантовые ямы,
"квантовые провода" и "квантовые точки".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.И.М.Лифшиц, С.А.Гредескул, Л.А.Пастур, Введение в теорию
неупорядоченных систем, М, Наука.
2. Электронная теория неупорядоченных полупроводников, М,
Наука.
3. Квантовый эффект Холла, сборник статей под ред. Гирвина.
4. Т.Райс, Дж.Хенсел, Т. Филипс, Г.Томас, Электронно- дырочная
жидкость в полупроводниках, М, Мир.
5. Nobel Lectures : K.von Klitzing ; D.Tsui, H.Stormer, R.Lauughlin
6. M.I. Katsnelson, Graphene: carbon in two dimensions, Materials
today
7. Carbon nanotubes, eds.M.S.Dresselhaus et.al., Springer
8. Johnson S.G., Photonic crystals: from theory to practice, MIT
9. Scanning probe microscopy, Springer
10. A. Kavokin, G. Malpuech, Cavity polaritons, Elsevier.
11. Turton R. J. The Quantum Dot, W H Freeman. 1995.
6
Дополнительная литература
1.
2.
3.
4.
5.
Ю.Е.Лозовик, А.М.Попов, УФН, 167, N7, 751(1997).
Ю.Е.Лозовик, УФН, 171, N12, 1373(2001).
Ю.Е.Лозовик, А.М.Попов, УФН,177, No.7, 786(2007).
Ю.Е.Лозовик и др., УФН, 178, No.7, 757 (2008).
Ю.Е.Лозовик, УФН, 179 (2009).
Примечание: Современные достижения физики наноструктур
нанотехнологии, отраженные в лекциях, основываются в
основном на оригинальных статьях и, частично, недавних
обзорах. Ссылки указываются непосредственно в лекциях.
7