Слайд 1. Наноструктуры и их классификация

Материалы, структуры и устройства нанометрового диапазона, а также системы из них существуют в природе много лет. Например, ракушки моллюсков, волосы, сажа, пыльца цветов, цемент

Слайд 1. Наноструктуры и их классификация

начиная с середины ХХ столетия внимание ученых сосредоточилось на объектах нанометрового масштаба (10^-7 – 10^-9)м

Для классической физики наночастица слишком мала и ее законы и подходы можно использовать только оценочно, а для квантовой механики наночастица, состоящая более чем из 100 000 атомов, очень велика.

Слайд Классификация наноструктур

Наноструктуры классифицируют по:

− Размерности;

− Морфологии(геометрической форме);

− Агрегатному состоянию;

− Взаимному пространственному положению структурных элементов и др. 

10 слайд По размерности наноструктуры подразделяют на:

1) Нульмерные(0D) кластеры и наночастицы(нанокристаллы);

2) Одномерные(1D) волоконные;

3) Двумерные(2D) пленочные и многослойные;

Трехмерные поликристаллические наноструктуры

11 слайд Морфология наноструктур зависит от их состава, кристаллической структуры и способа получения. Существующие методы синтеза позволяют получать наностуктуры с элементами сферической, стержневой, трубчатой, игольчатой и др. форм.

12 слайд например, наноструктурой порошка карбида ванадия являются совокупность поликристаллов в форме искривленных лепестков – дисков диаметром 400-500 нм и толщиной 15-20 нм(рис. 1).

Слайд 2.Конденсированная материя

Конденсированная материя — это чрезвычайно сложное образование. Она представляет собой систему сильно взаимодействующих структурных единиц, совершающих сложные колебательные движения как целое.

Наиболее широко используются в настоящее время квазичастичные методы описания возбуждённых состояний конденсированных сред.

Слайд Л.Д. Ландау Я.И. Френкель И.М. Лифшиц

Слайд 3. Квазичастицы и их харктеристики

В том случае, когда элементарные возбуждения, на которые можно разложить состояние ансамбля структурных единиц при низких уровнях возбуждения, могут распространяться в среде, их принято называть квазичастицами.

Если квазичастицы существуют достаточно долго в неизменном виде, они подобны частицам, т.е. характеризуются определёнными значениями энергии и импульса.

16 слайд Идея существования квазичастиц была впервые выдвинута Л.Д. Ландау в 40-х годах прошлого века.

Слайд Квазичастицы можно разделить на два типа

1. Элементарные возбуждения, которые после выключения взаимодействия структурных единиц переходят в частицы идеального газа.

2. Элементарные возбуждения, которые обусловлены исключительно силами взаимодействия между структурными единицами и отсутствуют в идеальном газе структурных единиц.

18 слайд Основными являются следующие характеристики квазичастиц.

1. Энергия, Е.

2. Квазиимпульс, р.

3. Закон дисперсии Е(р) - зависимость энергии квазичастицы от её квазиимпульса.

4. Эффективная масса квазичастицы - некоторое условное понятие, зависящее от способа её определения и описывающее поведение квазичастиц при определённых внешних условиях.

Салйд

5. Константа взаимодействия - заряд.

6. Статистика. которой описывается ансамбль квазичастиц.

7. Энергетический спектр - структура энергетических состояний, в которых может находиться квазичастица.

8. Функция спектральной плотности состояний, описывающая зависимость числа состояний dN, в которых может находиться частица в интервале энергий dE, т. е. dN/dE, от энергии частицы Е.

 В следующих главах рассматриваются различные типы квазичастиц в конденсированных средах и их свойства.

Слайд 4.1 Фононы

• Впервые обнаружил в 1930 году советский физик Игорь Евгеньевич Тамм.

• Фонон – это квант колебаний атомов в узлах кристаллической решетки, которые волнообразно распространяются вдоль нее.

• Фононы и их взаимодействие с электронами играют фундаментальную роль в современных представлениях о физике сверхпроводников, процессах теплопроводности.

Взаимодействием фононов объясняется тепловое расширение твердых тел, различие в величинах и в температурном изменении удельной теплоемкости при постоянном давлении, зависимость упругих постоянных от температуры и давления.

Различают акустические и оптические фононы. Акустический фонон характеризуется линейным законом дисперсии и параллельным смещением всех атомов в элементарной ячейке при малых волновых векторах. Такой закон дисперсии описывает звуковые колебания решетки.

Оптические фононы существуют только в кристаллах, элементарная ячейка которых содержит два и более вида атомов.

Слайд 4.2 Квазиэлектрон

Электрон в электронном газе с однородным фоном положительного заряда отталкивает от себя другие электроны и таким образом оказывается окруженным положительным экранирующим облаком. Электрон плюс экранирующее облако и образуют квазиэлектрон.