Экспериментальные методы исследования твердого тела: электронный транспорт и магнитные методы

Аннотация

Цель курса — ознакомить студентов-магистров с основными экспериментальными методами исследования широкого класса веществ при воздействии различных физических факторов, а также выработать навыки практической работы на экспериментальных измерительных (автоматизированных) установках. Разделы курса соответствуют ранее прочитанным теоретическим курсам и включают в себя следующее: в первой общей части рассматриваются основные физические величины и планирование эксперимента, измерительные устройства, во второй части рассматриваются специфические особенности исследований металлов и полуметаллов, полупроводников, диэлектриков и сегнетоэлектриков, магнитных веществ, сверхпроводников.

Программа курса

Введение
Перекрестная классификация материалов и методов их исследования. Альтернативные подходы.
Основные физические величины и планирование эксперимента
Температура и методы ее измерения. Реперные точки. Методы получения и регулирования низких и сверхнизких температур. Методы получения и измерения магнитного поля. Сверхпроводящие соленоиды. Импульсные поля. Методы получения высоких давлений и сильных деформаций при низких температурах. Элементы вакуумной техники.
Измерительные устройства
Основные блоки. Датчики, детекторы, преобразователи, чувствительные элементы. Статические и динамические передаточные характеристики. Принцип обратной связи. Модуляционные методы. Элементы импульсной техники. Электрические кабельные линии и их характеристики. Передача сигналов по световодам. Спектроскопия высокого разрешения. Выходные регистрирующие устройства. Естественные пределы измерений. Шумы и флуктуации. Обработка результатов измерений. Классификация ошибок.
Металлы и полуметаллы
Основные параметры. Поверхности Ферми. Методы контроля чистоты металлов гальваномагнитными методами. Методы исследования квантовых осцилляционных эффектов. Акустическая диагностика. Калориметрические методы.
Полупроводники и методы их исследования
Основные параметры, характеризующие полупроводниковые материалы. Зондовые методы измерения удельного сопротивления. Вспомогательные операции при монтаже образцов. Методы изготовления омических контактов. Бесконтактные методы. Методы раздельного определения концентраций носителей заряда, концентраций доноров и акцепторов, подвижности носителей заряда. Неравновесные процессы и методы измерения времен жизни носителей заряда. Оптические методы исследования. Элементы инфракрасной техники. Основные области применения полупроводников.
Диэлектрики и сегнетоэлектрики
Измерение диэлектрической проницаемости в различных диапазонах частот. Диэлектрические потери и диэлектрическая релаксация. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Методика измерений диэлектрических параметров с учетом заметной проводимости. Наблюдение сегнетоэлектрических доменов и петли гистерезиса. Спонтанная поляризация. Эквивалентные схемы пьезоэлектрических и пироэлектрических преобразователей.
Магнитные вещества и магнитные измерения
Основные методы исследования магнитных свойств веществ. Устройства и принципы действия различных магнитометров. Индукционные методы. Методы исследования слабомагнитных веществ. Основные методы измерения магнитострикции. Исследования магнитной анизотропии ферромагнитных веществ. Нейтронография.
Сверхпроводники
Основные параметры сверхпроводников. Методы исследования транспортных и тепловых свойств. Критические поля и токи. Промежуточное состояние. Глубина проникновения магнитного поля. Методы определения энергетической щели. Туннельная спектроскопия. Основы работы сверхпроводящих квантовых интерферометров.

Литература

Основная

Е.В. Кучис. Гальваномагнитные эффекты и методы их исследования. Москва, Радио и связь, 1990.
П. Блад. Дж.В. Ортон. Методы измерений электрических свойств полупроводников. "Зарубежная радиоэлектроника", 1981 (N1,2).
Н.Б. Брандт, С.М. Чудинов. Экспериментальные методы исследования энергетических спектров электронов и фононов в металлах (физические основы). Москва, МГУ, 1983.
В.И. Чечерников. Магнитные измерения. Москва, МГУ, 1969.
А. Бароне, Дж. Патерно. Эффект Джозефсона. Физика и применения (пер. с англ. под ред. Л.Г. Асламазова и др.). Москва, Мир, 1984.
А.П. Сенченков. Техника физического эксперимента. Москва, Энергия, 1983.
Л.И. Слабкий. Методы и приборы предельных измерений в экспериментальной физике. Москва, Наука, 1973.
Е.П. Скипетров, В.А. Кульбачинский, Б.А. Акимов. Экспериментальные методы физики конденсированного состояния вещества. Лабораторный практикум. Под ред. Е.П. Скипетрова. Москва, УНЦ ДО МГУ, 2001.

Дополнительная

Физика твердого тела. Спецпрактикум. Под ред. Б.А. Струкова. Москва, МГУ, 1983. Под ред. А.А. Кацнельсона. Москва, МГУ, 1982.
Р. Труэлл, Ч. Эльбаум, Б. Чик. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. Москва, Мир, 1972.
Д. Шенберг. Магнитные осцилляции в металлах. Москва, Мир, 1986.
Д. Монтгомери. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов. Москва, Мир, 1971.
Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва, Мир, 1989.
Р.Ф. Баррон. Криогенные системы. Москва, Энергоатомиздат, 1989.
М.П. Орлова. Низкотемпературная термометрия. Москва, Издательство стандартов, 1975; Энергоатомиздат, 1987.
Н.Б. Брандт и др. УФН, т.104, с.459, 1971.
Справочник "Методы получения и измерения низких и сверхнизких температур". Киев, Наукова думка, 1987.
Н.И. Яковлев. Бесконтактные электроизмерительные приборы для диагностирования электронной аппаратуры. Ленинград, Энергоатомиздат, 1990.
Ф. Мейзда. Электронные измерительные приборы и методы измерений (пер. с англ.). Москва, Мир, 1990.
Е.С. Левшина, П.В. Новицкий. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. Ленинград, Энергоатомиздат, 1983.
Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC. Под ред. У. Томпсона. Москва, Мир, 1992.

Другие спецкурсы программы

Спецкурсы