Механизмы суперионной проводимости

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Кемеровский государственный университет»
Кафедра теоретической физики
Учебно-методический комплекс по дисциплине
Механизмы суперионной проводимости
Дисциплина входит в цикл СДМ
образовательной магистерской программы
«Физика конденсированного состояния вещества»
направление подготовки 010700 (510400) Физика
Кемерово
2011
СОГЛАСОВАНО:
Декан физического факультета
Титов Ф.В._____________________
«_____»__________________ 20__г.
УМК обсужден и одобрен
Ученым советом физического факультета
Протокол №___ от «___»_________20__г.
Председатель ученого совета факультета,
декан физического факультета
Титов Ф.В.__________________
«_____»__________________ 20__г.
ОБСУЖДЕНО:
Зав. кафедрой
Поплавной А.С. _________________
«_____»__________________ 20__г.
УМК обсужден и одобрен
На заседании кафедры
Протокол №___ от «___»_________20__г.
Зав. кафедрой теоретической физики
Поплавной А.С. ______________________
«_____»__________________ 20__г.
СОГЛАСОВАНО:
Проректор по учебно-организационной
работе КемГУ
Семенкова Т.Н ________________
«_____»__________________ 20__г.
УМК обсужден и одобрен
Научно-методическим советом КемГУ
Протокол №___ от «___»_________20__г.
Председатель НМС, проректор по учебноорганизационной работе КемГУ
Семенкова Т. Н.___________________
«_____»__________________ 20__г.
РАССМОТРЕНО:
Председатель методической комиссии
Золотарев М.Л. ________________
«_____»__________________ 20__г.
УМК обсужден и одобрен
Методической комиссией физического
факультета
Протокол №___ от «___»_________20__г.
Содержание
1. Рабочая программа.
2. Приложение:
электронные версии учебников хранящегося в формате .pdf на сервере
http://physic.kemsu.ru/
1. Поплавной А.С. Механизмы суперионного переноса в кристаллах. Кемерово:
ООО «ИНТ», 2009. 182 с.
2. Ханефт А.В. Термодинамика и кинетика образования дефектов Френкеля и
Шоттки в ионных кристаллах. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2008. 124 с.
3. Ханефт А.В. Ионные и электронные процессы и контактные явления в
широкозонных полупроводниках. Томск: Издательство ТГПУ, 2008. 140 с.
УМК расположен на сайте Физического факультета КемГУ:
http://physic.kemsu.ru/viewpage.php?page_id=179
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Кемеровский государственный университет»
Кафедра теоретической физики
Утверждаю»
Декан
физического факультета
______________________
«___» ___________ 200_ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
«Механизмы суперионной проводимости»
программы «Физика конденсированного состояния вещества»
направление 010700 (510400) ФИЗИКА
курс _5 ___________________
семестр _10 _______________
лекции _19 _________________ (часов)
практические занятия _19 _____ (часов)
самостоятельные занятия _42__(часов)
Всего часов _80___________________
экзамен ___________
(семестр)
зачет _______10______
(семестр)
Составитель:
д.ф.-м.н., профессор кафедры теоретической физики КемГУ Ханефт А.В.
Кемерово, 2009
Рабочая программа составлена на основании: Государственного образовательного
стандарта направления 010701 «Физика», утвержденного в 2000 г., учебного
плана
подготовки
магистров
направления
010700(510400)
Физика
конденсированного состояния вещества
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
Протокол № ___ от «___» ________ 201__ г.
Зав. кафедрой _________________/Поплавной А.С./
(подпись, Ф.И.О.)
Одобрено методической комиссией
Протокол № ___ от «___» ________ 201__ г.
Председатель___________________/Золотарев М.Л./
(подпись, Ф.И.О.)
СОДЕРЖАНИЕ
1. Пояснительная записка.
2. Тематический план
3. Рабочая
программа
курса
по
дисциплине
«Механизмы суперионной проводимости».
3.1.
Содержание теоретического курса.
3.2.
Темы практических занятий.
4. Литература.
4.1.
Основная.
4.2.
Дополнительная.
специализации
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
В дисциплине «Механизмы суперионной проводимости» рассматривается
термодинамика образования собственных дефектов в ионных кристаллах,
фазовые переходы в суперионнное состояние, эффект решеточного насыщения,
влияние электрического поля на разупорядочение, теории подвижности
собственных дефектов, а также применение суперионных материалов.
Актуальность и значимость дисциплины специализации
Современное физическое образование требует серьезной подготовки
магистрантов в области физики конденсированных сред. Дисциплина
«Механизмы суперионной проводимости» входит в состав курса «Физика
конденсированного состояния» и является необходимой дисциплиной для
подготовки
специалистов
в
области
современного
физического
материаловедения, как теоретиков, так экспериментаторов и относится к разряду
естественных наук, т. е. наук о природе.

Цель и задачи изучения курса
Целью
дисциплины
специализации
«Механизмы
суперионной
проводимости» является ознакомление магистрантов с применениями общих
принципов и методов теоретической физики в физике конденсированных сред.
Достижение поставленной цели осуществляется путём решения следующих
основных задач:
1) ознакомление магистрантов с механизмом образования суперионных
проводников, с теориями транспорта в электрическом поле точечных дефектов, с
применением суперионнных проводников технике;
2) формирование умения правильно выражать физические идеи и решать
конкретные задачи физики конденсированных сред;
3) развитие у магистрантов представления о роли фундаментальной физики в
системе естественных наук и путях решения прикладных вопросов на основе
физических законов и методов.
 Место дисциплины в профессиональной подготовке специалиста
Дисциплина специализации «Механизмы суперионной проводимости»
входит в состав курса «Физика конденсированного состояния», которая является
одним из основных дисциплин в общей физико-математической и естественно –
научной подготовки современных специалистов физиков.
Структура учебной дисциплины.
Дисциплина специализации «Механизмы суперионной проводимости»
включает в себя следующие разделы:
ионные процессы в твердых телах, электронные процессы в полупроводниках,
контактные явления в полупроводниках, квантовые явления в полупроводниках.

Особенности изучения дисциплина специализации
Дисциплина специализации «Механизмы суперионной проводимости»
входит в состав курса «Физика конденсированного состояния».
Дисциплина специализации «Механизмы суперионной проводимости»
базируется на курсах «Электродинамика», «Статистическая физика», «Квантовая
механика», «Основы физики твердого тела», «Математический анализ»,
«Дифференциальные уравнения» и «Функция комплексных переменных».

Формы организации учебного процесса по данной дисциплине
На основе программы и учебного плана в ходе проведения занятий по
дисциплине специализации «Механизмы суперионной проводимости»
используются различные формы: лекции, практические занятия, самостоятельная
работа, контрольные работы, коллоквиумы, зачет.
 Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы магистрантов при
изучении дисциплины – основные вопросы программы вынесены как на
аудиторные, так и на самостоятельные занятия и согласно программы
распределены в отношении 9 : 11.
 Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Магистрант должен понимать и уметь применять методы статистической
физики в физике твердого тела, понимать механизм термодинамического
разупорядочения ионных кристаллов, иметь понятие о фазовых переходах при
переходе ионного кристалла в суперионное состояние, знать механизмы
транспорта точечных дефектов в электрическом поле, знать область применения
суперионных проводников и применять полученные знания на практике при
решении различных задач по дисциплине специализации «Механизмы
суперионной проводимости».
Объем и сроки изучения дисциплины.
Дисциплина специализации рассчитана на 60 часов занятий, что обусловлено
программой подготовки специалистов и планом обучения магистрантов по
направлению 010700 (510400) «Физика конденсированного состояния».
Виды контроля знаний студентов и их отчетности
По всем основным разделам дисциплины специализации предусмотрены
самостоятельные работы, контрольные работы, коллоквиумы (полное описание
приведено в тематическом плане). По итогам изучения курса предусмотрен: в
конце семестра – зачет.

Критерии оценки знаний студентов
1. Посещение лекций, практических занятий (наличие конспекта лекции и
практикума).
2. Работа в аудитории у доски.
3. Выполнение домашних работ.
4. Самостоятельная работа (практические задания).
5. Контрольные работы.
6. Коллоквиум.
При выставлении зачета учитываются следующие параметры:
1. Работа студента в семестре.
2. Оценка коллоквиума.
3. Теоретическая часть билета.
4. Практическая часть билета.
Зачет ставится при отсутствии или отработке всех долгов, решении всех
задач и ответе на теоретические вопросы при сдаче зачета.
Тематический план
Лабораторные
Самостоятельная
работа
2
Термодинамика разупорядочения
ионных кристаллов
2 Фазовые переходы в суперионное
состояние
3 Теории
транспорта
точечных
дефектов в электрическом поле
4 Инжекционные ионные токи
5 Суперионные соединения, и их
свойства
6 Применение
суперионных
проводников
Итого:
Практические
(или
семинарские)
1
1
Название и содержание
разделов, тем, модулей
Лекции
№
Общий
Объем часов
Аудиторная работа
3
4
6
5
2
6
7
6
2
6
2
2
2
2
1
2
1
24
10
80
2
44
Формы
контроля
8
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Теоретический курс
1. Термодинамика разупорядочения ионных кристаллов
1.1. Образование дефектов Френкеля в ионных кристаллах
1.2. Образование дефектов Шоттки в ионных кристаллах
1.3. Влияние объемного заряда на концентрацию собственных дефектов.
1.4. Влияние взаимодействия Дебая – Хюккеля на концентрацию собственных
дефектов.
1. 5. Эффект решеточного насыщения.
1.5. Влияние образования ассоциатов на концентрацию собственных дефектов.
2. Фазовые переходы в суперионное состояние
2.1. Фазовые переходы в суперионное состояние при
собственных дефектов.
2.2. Индуцированные электрическим полем фазовые переходы.
2.3. Доменные состояния.
взаимодействии
3. Теории транспорта точечных дефектов в электрическом поле
3.1. Статистическая теория подвижных дефектов.
3.2. Стохастический подход в теории ионного переноса.
3.3. Поляронный механизм ионного транспорта в суперионных материалах.
3.4. Влияние взаимодействия Дебая – Хюккеля на подвижность дефектов.
4. Ионные токи
4.1. Влияние примесных ионов на проводимость ионных кристаллов.
4.2. Проводимость ионных кристаллов в переменном поле.
4.3. Ионные инжекционные токи
5. Суперионные соединения, и их свойства.
5.1. Разупорядоченные по Френкелю суперионные соединения.
5.2. Разупорядоченные по Шоттки суперионные соединения.
5.3. Композиционные суперионные соединения.
6. Применение суперионных проводников.
Темы практических занятий
1. Термодинамика разупорядочения ионных кристаллов
1.1. Образование дефектов Френкеля в ионных кристаллах
1.2. Образование дефектов Шоттки в ионных кристаллах
1.3. Влияние объемного заряда на концентрацию собственных дефектов.
1.4. Влияние взаимодействия Дебая – Хюккеля на концентрацию собственных
дефектов.
1. 5. Эффект решеточного насыщения.
1.5. Влияние образования ассоциатов на концентрацию собственных дефектов.
2. Фазовые переходы в суперионное состояние
2.1. Фазовые переходы в суперионное состояние при
собственных дефектов.
2.2. Индуцированные электрическим полем фазовые переходы.
2.3. Доменные состояния.
взаимодействии
3. Теории транспорта точечных дефектов в электрическом поле
3.1. Статистическая теория подвижных дефектов.
3.2. Стохастический подход в теории ионного переноса.
3.3. Поляронный механизм ионного транспорта в суперионных материалах.
3.4. Влияние взаимодействия Дебая – Хюккеля на подвижность дефектов.
4. Ионные токи
4.1. Влияние примесных ионов на проводимость ионных кристаллов.
4.2. Проводимость ионных кристаллов в переменном поле.
4.3. Ионные инжекционные токи
5. Суперионные соединения, и их свойства.
5.1. Разупорядоченные по Френкелю суперионные соединения.
5.2. Разупорядоченные по Шоттки суперионные соединения.
5.3. Композиционные суперионные соединения.
6. Применение суперионных проводников.
Литература
Основная
1. Лидьярд А. Ионная проводимость кристаллов. М.: Издательство иностранной
литературы, 1962. 223 с.
2. Укше Е.А., Букун Н.Г. Твердые электролиты. М.: Наука, 1977. 175 с.
3. Физика электролитов. Под ред. Дж. Хладика. М.: Мир, 1978. 560 с.
4. Физика суперионных проводников. Под ред. М.Б. Саламона. Рига: Зинантне,
1982. 315 с.
5. Гуревич Ю.Я., Харкац Ю.И. Суперионная проводимость твердых тел. Итоги
науки и техники. Химия твердого тела. Т.4. М.: ВИНИТИ, 1987. 157 с.
6. Уваров Н.Ф. Композионные твердые электролиты. Новосибирск: Изд. СО РАН,
2008. 257 с.
Дополнительная
1. Поплавной А.С. Механизмы суперионного переноса в кристаллах. Кемерово:
ООО «ИНТ», 2009. 182 с.
2. Ханефт А.В. Термодинамика и кинетика образования дефектов Френкеля и
Шоттки в ионных кристаллах. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2008. 124 с.
3. Ханефт А.В. Ионные и электронные процессы и контактные явления в
широкозонных полупроводниках. Томск: Издательство ТГПУ, 2008. 140 с.