Основы нанофизики

Целью создания курса является продвижение естественно-научного мировоззрения, формирование у слушателей естественно-научной картины мира. Курс может быть использован слушателями в качестве инструмента профессиональной ориентации при выборе области специализации, а также в целях повышения квалификации. Основная задача курса – дать слушателям представление о современном состоянии нанотехнологий в целом и физики наноразмерных систем и структур, современных методах их получения и экспериментального исследования, а также о проблемах и перспективах развития физики наноструктур и нанотехнологий.

В предлагаемом курсе лекций излагаются современные представление о физике наноструктур. В первой части рассматриваются базовые вопросы физики твердого тела и квантовой физики, являющиеся фундаментом нанофизики. Во второй части дается обзор ряда важнейших наноструктур и их свойств, методы их получения и измерения рассматриваются в третьей части. Наконец, четвертая часть посвящена описанию некоторых важных наноустройств, излагаются физические основы и принципы их функционирования. В курсе также анализируются современные проблемы нанофизики и пути ее дальнейшего развития.

Курс состоит из следующих разделов (модулей):

Модуль 1. Физические основы нанотехнологий

Физика наноструктур. Магнитное поле, его источники и характеристики. Физические основы квантовой механики, простейшие задачи. Строение вещества: атомы и молекулы. Зонная теория твердых тел. Элементы квантовой теории магнетизма.

Модуль 2. Наноструктуры

Нанокластеры и наночастицы. Одно-, дву-, трех- и нульмерные наноструктуры. Углеродные наноструктуры. Фотонные кристаллы. Молекулярные нанокластеры. Мономолекулярные магниты и тороики.

Модуль 3. Изготовление и измерение наноструктур

Наноизмерения и наноманипуляции. Электронная микроскопия. Растровая, туннельная и силовая микроскопия. Оптическое наноманипулирование. Магнитоэлектрический контроль. Полное намагничивание в сверхсильных магнитных полях.

Модуль 4. Приложения и перспективы нанотехнологий

Электроника и информационные технологии. Спиновая электроника (спинтроника). Квантовый компьютинг. Современный статус нанотехнологий, сдерживающие факторы внедрения нанотехнологий, перспективы развития нанотехнологий.

В результате освоения курса слушатели будут:

• знать особенности физических явлений на наноскопическом масштабе и физические основы работы современной аппаратуры для получения и исследования наноструктур
• владеть теоретическими знаниями об основных положениях квантовой теории и статистической физики наноскопических и мезоскопических систем
• готовы использовать знания современных проблем физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности.

Автор курса: Плохов Дмитрий Игоревич

кандидат физико-математических наук, ассистент Института физических исследований и технологий Факультета физико-математических и естественных наук Российского университета дружбы народов (РУДН),  старший научный сотрудник Института общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН)