II. Государственный экзамен

Дисциплины (разделы) ГОС ВПО

Проверяемые дидактические единицы

Введение в нанотехнологии и материаловедение:

Нанотехнологии, наносистемы: основные понятия и определения. История нанотехнологий и наук о наносистемах. Основные особенности нанообъектов и наносистем, технологические приложения. Объекты, принципы и методы нанотехнологий. Наноматериалы и их классификация. Неорганические и органические функциональные наноматериалы. Гибридные (органо-неорганические и неоргано-органические) материалы. Биоминерализация и биокерамика. Наноструктурированные 1D, 2D и 3D материалы. Мезопористые материалы. Молекулярные сита. Нанокомпозиты и синергетические эффекты. Конструкционные наноматериалы. Основные представления о формировании наносистем: физические и химические методы. Классификация наночастиц и нанообъектов. Основные процессы получения нанообъектов. Механоактивация и механосинтез нанообъектов. Процессы зародышеобразования. Гетерогенное зародышеобразование, эпитаксия и гетероэпитаксия. Спинодальный распад. Синтез нанообъектов в аморфных (стеклообразных) матрицах. Методы химической гомогенизации (соосаждение, золь-гель метод, криохимическая технология, пиролиз аэрозолей, сольвотермальная обработка, сверхкритическая сушка). Методы получения и стабилизации наночастиц. Агрегация и дезагрегация наночастиц. Синтез наноматериалов в одно и двумерных нанореакторах.

Квантовая и оптическая электроника:

Способы описания и характеристики электромагнитного излучения оптического диапазона; физические основы взаимодействия оптического излучения с квантовыми системами; энергетические состояния квантовых систем; оптические переходы, структура спектров; ширина, форма и уширение спектральных линий; оптические явления в средах с различными агрегатными состояниями; усиление оптического излучения; активные среды и методы создания инверсной населенности; насыщение усиления в активных средах; генерация оптического излучения; нелинейно-оптические эффекты; основные типы когерентных и некогерентных источников оптического излучения; физические принципы и основные элементы для регистрации, модуляции, отклонения, трансформации, передачи и обработки оптического излучения.

Основы технологии материалов:

Общая классификация материалов по составу, свойствам и техническому назначению; основные технологии производства неорганических и органических материалов, композиционных материалов; физические, химические и механические методы обработки; физико-химические основы создания материалов и изделий с заданными свойствами; фазовые равновесия и структурообразование в процессе получения и обработки; методы испытаний и диагностики материалов и изделий; средства и задачи обеспечения качества продукции.

Экспериментальные методы исследования и метрология:

Метрологические проблемы в исследованиях микро- и наноструктур: понятие многократного измерения и метрологического обеспечения; проблемы интерпретации электронно-микроскопических и микрозондовых изображений наноструктур, пространственное и энергетическое разрешение, приборные, схемные и системные ограничения, шумы; фундаментальные термодинамические и квантовомеханические ограничения на точность и величины измерений; статистические методы обработки результатов измерений физических и биологических объектов: точность измерений, классификация погрешностей и способов их обнаружения, функции распределения результатов наблюдения, математическое ожидание, среднеквадратичное отклонение, доверительный интервал и доверительная вероятность, критерии согласия Пирсона и Колмогорова; основные параметры микро- и нанообъектов, регистрируемые в эксперименте: степень кристаллического совершенства, особенности энергетической структуры микро- и нанообъектов, особенности симметрии объектов, механизмы транспорта носителей тока, кинетические коэффициенты носителей тока в нанообъектах, оптические характеристики микро- и нанообъектов; физические принципы, положенные в основу измерений, определяющих параметры объектов исследования, физические ограничения экспериментальных методов определения геометрических, механических, концентрационных, оптических и электрических параметров физических и биологических систем; бесконтактные (неразрушающие) и контактные методы диагностики; методы измерения параметров объема физических и биологических тел; методы исследования свойств поверхности.

Физико-химия наноструктурированных материалов:

Термодинамика поверхности, процессы на поверхности и в приповерхностных слоях; адсорбция и десорбция; поверхностная энергия и ее анизотропия; реконструкция и релаксация поверхностей; обработка поверхности и условия сохранения ее свойств; механизмы роста на поверхности (механизм Странского-Крастанова и др.), основы физической химии наносистем; уравнения и характеристики условий термодинамической стабильности межфазных границ в наносистемах; особенности поверхностных процессов в микро- и наноструктурах: размерные эффекты и фазовые переходы; зародышеобразование, кластерообразование и формирование наноструктур; самоорганизация наноразмерных упорядоченных структур; физико-химические эффекты в туннельно-зондовой нанотехнологии; локальные химические электронно-стимулированные реакции.

Квантовая механика:

Принцип неопределенности; принцип суперпозиции; чистые, смешанные и запутанные состояния; операторы; волновая функция и матрица плотности; представления; общие свойства гармонического осциллятора; туннельный эффект; движение в центрально-симметричном поле; теория возмущений; спин; принцип тождественности одинаковых частиц; атом и периодическая система элементов Менделеева; молекула; обменное взаимодействие; самосогласованный потенциал и метод Хартри-Фока; метод функционала плотности; макроскопические квантовые явления; статистические распределения Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна; бозе-конденсация и сверхтекучесть; квантование электромагнитного поля; квантовые измерения; взаимодействие квантовых систем с классическим окружением; квантовый компьютер; квантовые вычисления и унитарные преобразования; квантовый параллелизм; логические квантовые вентили.

Физика конденсированного состояния:

Симметрия и структура кристаллов; обратная решетка; уравнение Шредингера в периодическом потенциале; блоховская волновая функция; энергетические зоны; классификация кристаллов на металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории; носители заряда в полупроводниках и металлах и модель газа свободных и независимых электронов; кинетические процессы в электронном газе; плазменные колебания и плазмоны; скин-эффект; квантовый электронный газ; энергия и поверхность Ферми; эффективная масса носителей заряда; дырки - носители заряда в валентной зоне полупроводников; колебания кристаллической решетки и фононы; теплоемкость решетки; тепловое расширение и теплопроводность; локальное поле и диэлектрическая проницаемость; механизмы поляризуемости кристаллов; оптические свойства ионных кристаллов; поляритоны; пироэлектрики и сегнетоэлектрики; парамагнетики и диамагнетики; обменное взаимодействие; ферромагнетики и антиферромагнетики; спиновые волны; концепция квазичастиц; фазовые переходы и дальний порядок; классические и квантовые жидкости; сверхтекучесть; сверхпроводимость и эффект Мейсснера; сверхпроводники I и II рода; теория Гинзбурга-Ландау; квантование потока в сверхпроводниках; эффект Джозефсона; микроскопическая теория сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера; тепловые и радиационные точечные дефекты в кристаллах; механизмы диффузии; дислокации; элементы теории упругости, тензоры деформаций и напряжений; жидкие кристаллы; полимеры; фракталы; теория протекания.