мастер в квантовой физике для передовых конструкционных материалов

Общая информация

Описание программы

Магистерская программа « Квантовая физика для передовых материалов» посвящена изучению новых физических явлений, обнаруженных в наноструктурированных материалах и квантовых устройствах, созданных за последние 20-30 лет в поисках компонентов для квантовой электроники. В то же время программа рассматриваются основные физические принципы электронных систем и устройств квантовой электроники, а также некоторых важных производственных технологий и измерений физических и химических характеристик квантово-размерных структур и материалов. Программа предназначена для студентов, обучающихся в размере университетских курсов общей физики и введения в теоретической физике для бакалавров, который включает в себя курсы: теоретическую механику и теорию упругости, электродинамики, квантовой механики и статистической физики. Программа не предусматривает начальную специальную подготовку студентов в области физики конденсированных сред, поскольку она включает в себя базовые курсы по:

1) современная квантовая физика твердых тел,
2) электронная теория металлов,
3) технологии и материалы квантовой электроники,
4) спектроскопические методы определения характеристик материалов.


Среда обучения по этой программе является английский.


Отличительной особенностью данной магистерской программе в том, чтобы сосредоточить внимание на изучении новых физических явлений в квантово-размерных материалов и устройств, которые все забывают в традиционных курсов физики твердого тела. Эти объекты исследования появились в последние 20-30 лет в связи с развитием средств и методов измерений и преобразования свойств материалов в нанометровом диапазоне расстояний. Хотя физические явления и процессы, наблюдаемые в новых материалов и наноструктур описаны в рамках устоявшихся фундаментальных понятий квантовой и классической физики, они не могли стать предметом изучения традиционных учебных курсов по физике конденсированных сред, которые были созданы в середине ХХ века, просто потому, что большинство из этих объектов и адекватных инструментов измерения для их исследования еще не были разработаны. Круг новых физических явлений учился в специальных курсов данной магистерской программе включает эффекты размерного квантования в низкоразмерных структур, в частности: квантовый эффект Холла, квантовые флуктуации заряда, кулоновской блокады и Ландауэр квантовой проводимости контактов атомных размеров , статистика Вигнера-Дайсона электронных уровней энергии в нанокластеров, колебания Раби в двухуровневых систем, спектры квантовых точек, колодцев и проводов в магнитном поле, фононы в фрактальных структур, Эйнштейн режимы в термоэлектрических полупроводниковых материалов с комплексом кристалл клеток и т.д. Эта магистерская программа позволяет студентам ориентироваться в современных научных и прикладных исследованиях и разработках квантовых материалов и приборов путем приобретения навыков как теоретических расчетов в области квантовой физики наносистем, так и экспериментальных измерений с использованием современного оборудования в поле электронной и сканирующей зондовой микроскопии и спектроскопии.

Основные курсы 1) Современная квантовая физика твердых тел (1-й семестр) вводит в себя: различные аспекты современной физики твердого тела, в том числе явления в объектах атомного размера, в том числе рассмотренные в следующих разделах: квантовый эффект Холла, графен и углеродные нанотрубки , Квантовая проводимость Ландауэра атомных размерных контактов, квантовые магниты (спиновые цепи), магнетизм фрустрированных систем, магнитные полупроводники, включая кремний, легированный марганцем, колоссальное магнитосопротивление, квантовые фазовые переходы, низкоэнергетические возбуждения в неупорядоченных средах и фрактальные структуры, зернистые проводники, металлы с тяжелыми фермионами, полупроводники Кондо, квазикристаллы и структурно сложные сплавы; 2) Электронная теория металлов (1-й семестр) вводит в основные методы и результаты электронной теории металлов, которые находятся в фокусе текущего исследования квантовых свойств твердых тел и используют концепцию квазичастиц Ландау и Ферми - жидкая теория для описания свойств нормальных металлов; описание явлений в сверхпроводниках на основе концепции спонтанного нарушения симметрии и бозе-конденсации куперовских пар в рамках теории Бардина, Купера и Шриффера с применением уравнений Гинзбурга и Ландау; основы метода функций Грина и его приложения для прогнозирования и интерпретации экспериментов по рассеянию фотонов, нейтронов, мюонов и измерения вольт-амперных характеристик туннельных микроконтактов; 3) Технологии и материалы квантовой электроники (2-й семестр) вносят в: физические свойства основных полупроводниковых материалов и методов нанотехнологий в связи с созданием базовых элементов наноэлектроники, оптоэлектроники, квантовых устройств, в частности, изменения электрических и оптических свойств сыпучих материалов, когда они производятся в виде низкоразмерных структур (квантовые ямы, провода и точки) из-за эффектов квантового размера; с акцентом на C, Si, твердые растворы GeXSi1-X, соединения и твердые растворы А2В6 и А3В5; также рассматриваются основные технологии изготовления квантоворазмерных структур: жидкофазная эпитаксия, молекулярно-лучевая эпитаксия, парофазная эпитаксия металлоорганических соединений, нанолитография, самоорганизация квантовых проводов и точек; схема использования низкоразмерных структур в устройствах микро- и наноэлектроники; также рассматриваются излучающие диоды и лазеры для инфракрасных, видимых и ультрафиолетовых спектральных областей, фотоприемников и транзисторов; 4) Спектроскопические методы анализа материалов (1-й семестр) включают в себя: основы современных спектроскопических методов анализа материалов, таких как оже-электронная спектроскопия (AES), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XRF), масс-спектрометрия вторичных ионов ( SIMS), просвечивающая электронная микроскопия (TEM), сканирующая ионная микроскопия (SIM), то есть методы, позволяющие исследовать элементный, химический состав, атомную структуру, структурное совершенствование поверхностей твердых тел, поверхностных слоев, межфазных границ и наноструктур.

Специальные курсы знакомит студентов с основными современными областями исследований теоретической физики в наносистемах, включая низкоразмерные системы. 1) Квантовые электронные свойства наносистем (3-го семестра) включают в себя: теорию электронных квантовых явлений в наносистемах: случайные гамильтоновы матрицы Вигнера-Дайсона и термодинамику нанокластеров, переходы Пайерлса в квазиодномерных проводниках, переходы Изинга и Березинского Костерлица- В двумерных решетчатых системах, теория спиновых флуктуаций в одномерной цепочке Изинга, теория квантовой проводимости Ландауэра квантового точечного контакта; 2) Физика жидкокристаллических мембран (3-й семестр) вводит: физику жидких кристаллов и ее приложения к теории липидных мембран, в частности, к основам упругости жидких кристаллов, адаптированных к описанию двухслойных мембран, термодинамике и кинетике фазы переходы в многокомпонентных системах, фазовые диаграммы Гиббса и различные двумерные решетчатые модели; основные теории смачивания, адаптированные к биомембранам, механизмы белково-липидных взаимодействий и условия образования макроскопических смачивающих пленок, зависимость скорости клеточных процессов от энергии формирования мембранных структур с использованием экзо- и эндоцитоза в качестве примера; 3) Физика низкоразмерных систем (2-й семестр) вводит в: низкоразмерные системы - квазидвумерные квантовые ямы, одномерные квантовые провода и квазиодномерные квантовые точки, в частности, с квантовомеханическими явлений в таких системах и влияния внешних электрических и магнитных полей, методов компьютерного моделирования и расчетов из первых принципов параметров низкоразмерных систем: резонансных частот, энергетических спектров и волновых функций электронных и экситонных систем с несущими, скважин и связанных квантовых точек; эволюция спектра и перестройка спиновых состояний молекул, состоящих из горизонтальных и вертикально связанных квантовых точек; 4) Экспериментальные методы в физике низкоразмерных систем (2-й семестр) включают в себя: методы экспериментальных исследований транспортных и магнитных свойств твердых тел, в том числе гальваномагнитные эффекты (магнитосопротивление, эффект Холла, эффект Гааза-ван Альфена, Эффект Шубникова - де Гааза), электродинамика металлов, ядерный магнитный резонанс, ядерный гамма-резонанс; оборудование и экспериментальные методы измерения слабых сигналов при наличии шума, измерения сопротивления, термометрии, применения высоких магнитных полей; методы выбора соответствующей измерительной технологии для исследований, экспериментального проектирования, схемы проектирования экспериментальной установки, обработки и интерпретации результатов эксперимента, курс также преподает методы анализа поверхностей твердых тел, в том числе: классификация методов анализа поверхность материала, ионно-лучевой зонд (обратное рутеорфордское рассеяние, каналирование, масс-спектроскопия вторичных ионов), электронно-лучевой зонд (спектроскопия с характеристической потерей, вторичная электронная эмиссия, оже-спектроскопия), зонд электромагнитного излучения, туннельная микроскопия; 5) Фазовые диаграммы многокомпонентных систем (3-й семестр) вносят в: анализ фазовых диаграмм многокомпонентных систем, в том числе применительно к реальным материалам и процессам на основе методов расчета пакетных пакетов «Thermo-Calc», а также оригинальные методы, ориентированные на использование широко распространенной программы EXCEL; методы решения следующих задач: анализ фазового состава многокомпонентных материалов при разных температурах; графическая оценка и расчет ликвидуса, солидуса и других критических температур фазовых превращений; построение изолированных и политермических разрезов трех-, четырех- и пяти пальцевых систем с использованием как графических, так и вычислительных методов; расчет массовой и объемной фракций фаз в многокомпонентных системах, критический анализ информации о фазовых диаграммах и обнаружение ошибок в прогнозировании фазовых равновесий в неизведанных многокомпонентных системах. 6) Электронные свойства квантовых замкнутых полупроводниковых гетероструктур (2-й семестр) вводят в: физику низкоразмерных квантовых ограниченных гетероструктур, которые являются структурами, где движение носителей ограничено в одном или нескольких направлениях на расстояниях порядка де Бройля длина волны; электронный транспорт и оптические переходы в низкоразмерных электронных системах, а также разность электронных свойств низкоразмерных структур и объемных полупроводников; применения квантовых точек и колодцев в фотогальванике и лазерной технике. 7) Введение в пути интегральных методов в физике конденсированных сред (2-й семестр) мотивации и содержание: Идея, конечно, чтобы получить студентов познакомиться с пути интегрального подхода к проблемам современной физики конденсированного состояния. Целью является дать твердую команду этого подхода с помощью тщательно отобранных примеров и задач студентам. Курс содержит математическую экскурс в сложной исчисления, основы вторичного квантования, квантования поля, пути интегральной описание квантовой статистической механики, теории конечных возмущений температуры, теории линейного отклика, основы анализа ренормгруппового и эффективной теории поля. Окончательный проект состоит из теоретического описания одной электронной транзистора путем эффективного действия Амбегаокар-Eckern-Шен. Курсы экспериментальных исследований помогают студентам получить представление о материалах для простейшей элементарной базы квантовой электроники, а также о возможностях методов измерения: 1) спектроскопии, 2) туннельной микроскопии, 3) сканирующей ионной микроскопии, 4) точности , чувствительность, локальность и применимость различных методов измерения для изучения наноматериалов. Фокус лекционных курсов новые материалы и современные квантовые устройства. Список новых материалов, изученных в ходе программы, включает: 1) графеновые и углеродные нанотрубки; 2) квантовые магниты - атомную спиновую цепь; 3) магнитные полупроводники - кремний, легированный марганцем; 4) полупроводниковые материалы на основе твердых растворов германия в кремнии 5) неупорядоченные среды и фрактальные структуры - аэрогели, гранулированные проводники, 6) тяжелые фермионные металлы, кондо-полупроводники, 7) квазикристаллы и структурно сложные термоэлектронные материалы на основе теллурида висмута. Изученные электронные приборы и приборы включают: 1) туннельный контакт атомного размера, 2) магнитные переключатели на основе манганитов с колоссальным магнитосопротивлением 3) джозефсоновские контакты 4) излучающие диоды и лазеры для инфракрасных, видимых и ультрафиолетовых фотодетекторов, транзисторов. Изучали технологии производства квантоворазмерных материалов: 1) жидкофазная эпитаксия, 2) молекулярно-лучевая эпитаксия, 3) парофазная эпитаксия из металлоорганических соединений, 4) нанолитография, 5) самоорганизация квантовых проводов и точек.

Вход

Прием в международных программ магистратуры в МИСиС открыт для российских и иностранных студентов. Учитывая, что все классы будут проводиться на английском языке, мы рекомендуем неродном говорящих на английском языке добиться TOEFL оценка по меньшей мере 525 (бумага на основе) или 200 (на базе компьютера) перед приемом. Чтобы подать заявку на двухлетнюю программу магистра в МИСиС, заявитель должен иметь степень бакалавра в соответствующей области. После завершения программы обучения в МИСиС, заявитель будет получать российский диплом государственного образца и европейской диплому.

Прием Срок

Крайний срок подачи заявки на осень 2018 года - 10 августа 2018 года , однако мы призываем иностранных студентов подавать заявки до 20 июля 2018 года.

Последнее обновление: Декабрь 2017

О вузе

Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" ведет свою историю с 1930 года, когда был создан Московский институт стали. Сегодня НИТУ "МИСиС" - ведущий вуз страны по подготовке и ... Подробнее

Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" ведет свою историю с 1930 года, когда был создан Московский институт стали. Сегодня НИТУ "МИСиС" - ведущий вуз страны по подготовке инженерных и научных кадров в области металлургии и материаловедения; производства и обработки металлов, Свернуть

Часто задаваемые вопросы