Физика поверхности

Новини

У 2017 році вийде друком черговий випуск збірника наукових праць «Поверхность» 9(24 ).

Електронні файли матеріалів для збірника слід надсилати на адресу Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Паперові варіанти разом з актом експертизи здавати в Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України в каб. 406 (І корпус) Ткачук О.І.

Кінцевий термін подачі матеріалів 30.09.2017

T1 1

 

Физика поверхности

 

В двух томах

 

Том 1

 

prosmotr             save rus

 

          В книге I (в 2-х томах), являющейся первой книгой издания «Физика и химия поверхности», изложены современные представления о физики поверхности в соответ­ствии с паспортом утвержденной ВАК Украины специальности 01.04.18 «физика и химия поверхности». Первый том содержит основные положения квантовой механики, кванто­вой химии, статистической физики (части I – II), необходимые при изучении свойств объемной фазы твердого тела, чему посвящена часть III. Во втором томе книги (части IV– VIII) непосредственно рассмотрены свойства твердофазной поверхности и определяемые ими явления, протекающие в наночастицах и составленных на их основе наносистемах.

          Книга предназначена для аспирантов, преподавателей, научных сотрудников и специалистов, занимающихся фундаментальными и прикладными аспектами поверхности твердого тела, межфазными явлениями, а также исследованиями в области физики, химии и технологии квантово-размерных систем.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

  Предисловие 3

Том 1 Часть I Основы квантовой механики и квантовой химии

prosmotr                                     save rus

Глава 1

Волновая механика

В.В. Лобанов

prosmotr                                     save rus

11
  1.1 Основные положения квантовой теории излучения 11
  1.2 Волны де Бройля 13
  1.3 Соотношение неопределенностей 14
  1.4 Математический аппарат квантовой механики 16
    1.4.1 Линейные операторы 16
    1.4.2 Самосопряженные операторы 18
    1.4.3 Регулярные функции 19
    1.4.4 Собственные функции и собственные значения 19
    1.4.5 Нормировка и ортогональность собственных функций 20
    1.4.6 Разложение по ортогональным собственным функциям 22
  1.5 Формулировка основных постулатов квантовой механики 23
  1.6 Принцип суперпозиции состояний 28
  1.7 Среднее значение и вероятность определенных значений физи­ческой величины 29
  1.8 Приближенные квантовомеханические методы вычисления 31
    1.8.1 Вариационный метод 32
    1.8.2 Теория возмущений 34
  1.9 Вектор плотности потока вероятности 35
  1.10 Соотношение между типами механики 36
  1.11 Релятивистское уравнение Дирака 36
 Глава 2

 Модельные потенциалы

В.В. Лобанов

prosmotr                                     save rus

40
  2.1 Микрочастица в потенциальной прямоугольной яме с непроницаемыми стенками 40
    2.1.1 Одномерная потенциальная яма 40
    2.1.2 Двумерная потенциальная яма 45
    2.1.3 Трехмерная потенциальная яма 47
  2.2 Движение микрочастицы в области потенциального порога и барьера 48
    2.2.1 Движение микрочастицы в области потенциального порога 48
    2.2.2 Прохождение микрочастицы через потенциальный барьер 55
    2.2.3 Туннельный эффект 60
    2.2.4 Холодная эмиссия электронов из металла 61
    2.2.5 Эффективная глубина проникновения микрочастицы в область порога 63
  2.3 Микрочастица в яме конечной глубины 63
    2.3.1 Одномерная яма с одной бесконечно высокой стенкой 64
    2.3.2 Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины 68
  2.4 Треугольная потенциальная яма 73
 Глава 3

 Строение атомов

В.В. Лобанов

prosmotr                             save rus

76
  3.1 Решение уравнения Шредингера для водородоподобного атома 76
  3.2 Типы симметрии атомных орбиталей 82
  3.3 Основное состояние водородоподобного атома. Энергия и рас­пределение электронной плотности 83
  3.4 Возбужденные состояния водородоподобного атома 88
  3.5 Уровни энергии водородоподобного атома, его спектр и правила отбора 93
  3.6 Магнитные свойства электрона в атоме 95
  3.7 Строение многоэлектронных атомов 99
  3.8 Атомные термы 102
 Глава 4

 Строение молекул и межмолекулярные взаимодействия

В.В. Лобанов

prosmotr                                 save rus

114
  4.1 О теории химической связи 114
  4.2 Уравнение Шредингерадля молекул 114
  4.3 Метод Гайтлера и Лондона для молекулы водорода 117
  4.4 Валентность элементов в теории Гайтлера–Лондона 122
  4.5 Направленность валентных связей 126
  4.6 Начальные сведения о гибридизации атомных орбиталей 129
  4.7 Метод молекулярных орбиталей 133
  4.8 МО молекулярного иона водорода 138
  4.9 Молекулярные орбитали гомонуклеарных двухатомных молекул 149
    4.9.1 Связывающие свойства 149
    4.9.2 Симметрия 150
    4.9.3 Энергия 153
    4.9.4 Молекулярные термы 154
  4.10 Гомонуклеарные молекулы, образованные атомами 1-го периода Периодической системы 156
  4.11 Электронные конфигурации и свойства гомонуклеарных моле­кул, образованных атомами 2-го периода 159
  4.12 Гетеронуклеарные двухатомные молекулы в методе МО 166
  4.13 Полярность химической связи 168
  4.14 Насыщаемость химической связи 171
  4.15 Донорно-акцепторная связь 172
  4.16 Электроотрицательность элементов 173
  4.17 Ионная связь в двухатомных молекулах 175
    4.17.1 Двухатомные ионные молекулы 175
    4.17.2 Потенциальная кривая двухатомной ионной моле­кулы 178
    4.17.3 Ненасыщаемость ионной связи. Образование диме­рных молекул 180
  4.18 Межмолекулярные силы 180
    4.18.1 Межмолекулярные взаимодействия 180
      4.18.1.1 Диполь-дипольные взаимодействия (эффект Кеезома) 182
      4.18.1.2 Взаимодействие между диполем и индуцированным диполем (эффект Дебая) 184
      4.18.1.3 Дисперсионное взаимодействие (эффект Лондона) 186
    4.18.2 Водородная связь 190
    4.18.3 Структура и свойства воды 195
      4.18.3.1 Структура льда 195
      4.18.3.2 Структура жидкой воды 195
      4.18.3.3 Некоторые физико-химические свойства воды 197
 Глава 5

 Квантовохимические методы расчета электронного и пространственного строения молекул

В.В. Лобанов

prosmotr                                     save rus

199
  5.1 Приближение Борна–Оппенгеймера 199
  5.2 Волновая функция многоэлектронной системы 201
  5.3 Метод самосогласованного поля 202
    5.3.1 Уравнения самосогласованного поля Хартри 202
    5.3.2 Уравнения самосогласованного поля Хартри – Фока 204
    5.3.3 Уравнения Хартри–Фока–Рутаана 207
  5.4 Анализ заселенностей, структуры и кратности связей 209
  5.5 Базисные функции 211
  5.6 Методы учета электронной корреляции 217
    5.6.1 Введение различных орбиталей для электронов - и -подсистем 219
    5.6.2 Метод полного конфигурационного взаимодействия 220
    5.6.3 Метод ограниченного конфигурационного взаимо­действия 223
    5.6.4 Метод ограниченного конфигурационного взаимо­действия в активном пространстве 223
    5.6.5 Многоконфигурационные методы самосогласован­ного поля 224
    5.6.6 Полное конфигурационное взаимодействие в актив­ном пространстве 225
    5.6.7 Теория связанных кластеров 225
    5.6.8 Многочастичная теория возмущений 227
    5.6.9 Сравнение методов, учитывающих корреляционные эффекты 228
    5.6.10 Метод теория функционала плотности 229
 Глава 6

 Испускание и поглощение электромагнитного излучения атомами и молекулами

В.В. Лобанов

prosmotr                                     save rus

239
  6.1 Разделение энергии молекулы на части и типы молекулярных спектров 239
  6.2 Уровни энергии и переходы между ними 241
  6.3 Спектры поглощения, испускания и рассеяния 244
  6.4 Представление об электронной энергии молекулы и ее зависи­мость от расстояний между ядрами 247
  6.5 Гармонические колебания атомов двухатомной молекулы 252
  6.6 Ангармоничность колебаний 255
  6.7 Вероятности переходов 258
  6.8 Силы осцилляторов 263
  6.9 Комбинационное рассеяние 264
  6.10 Вынужденное рассеяние света, лазеры 268

 Часть II Основы статистической физики

prosmotr                                     save rus

Глава 7

Основные положения статистической физики

Н.Т. Картель, В.В. Лобанов

prosmotr                                     save rus

273
  7.1 Цели и методы статистической физики 273
  7.2 Координаты и степени свободы системы, состоящей из большого числа частей 274
  7.3 Энергия системы. Канонические уравнения Гамильтона 277
  7.4 Фазовое пространство 278
  7.5 Основные элементы фазового пространства 279
  7.6 Ансамбли систем в фазовом пространстве 281
  7.7 Теорема Лиувилля и принцип постоянства фазового объема. Статистическое равновесие 282
  7.8 Примеры описания систем в фазовом пространстве 284
    7.8.1 Фазовое пространство идеального одноатомного газа 284
    7.8.2 Фазовое пространство одномерного линейного осциллятора 288
  7.9 Распределение систем в фазовом пространстве. Подсистема в термостате 290
  7.10 Каноническое распределение по Гиббсу 292
  7.11 Дисперсия и флуктуации. Теоремы о флуктуациях 295
  7.12 Микроканоническое распределение систем в фазовом пространстве 298
  7.13 Статистическая температура и среднее значение энергии по статистическому ансамблю 301
    7.13.1 Вводные замечания 301
    7.13.2 Статистическая температура 302
    7.13.3 Энергия системы. Дисперсия и флюктуация энергии 304
  7.14 Вывод основных термодинамических соотношений из формулы канонического распределения Гиббса 307
    7.14.1 Внешние и внутренние параметры. Работа 307
    7.14.2 Вывод основного уравнения термодинамики. Энтропия и свободная энергия 309
    7.14.3 Свободная энергия. Интеграл состояний. Уравнение Гиббса − Гельмгольца 313
  7.15 Классическая статистика идеального газа 315
    7.15.1 Плотность распределения вероятностей состояний в -пространстве 315
    7.15.2 Среднее значение некоторых функций скорости поступательного движения частицы 321
    7.15.3 Число соударений молекул с единицей поверхности...Давление идеального газа 322
    7.15.4 Среднее значение энергии вращательного и колеба­тельного движения молекул 324
      7.15.4.1 Распределение по переменным, описываю­щим вращательное движение двухатомной молекулы 326
      7.15.4.2 Распределение по переменным, описываю­щим колебательное движение двухатомной молекулы 329
      7.15.4.3 Многоатомные молекулы 329
    7.15.5 Закон равнораспределения энергии 330
  7.16 Метод ячеек Больцмана 331
 Глава 8

 Основные положения квантовой статистической физики

Н.Т. Картель, В.В. Лобанов

prosmotr                                     save rus

335
  8.1 Принцип квантовой тождественности микрочастиц 335
  8.2 Симметричные и антисимметричные волновые функции квантованных систем 337
  8.3 Два рода частиц в квантовой механике. Принцип Паули 338
    8.3.1 Частицы Ферми 339
    8.3.2 Частицы Бозе 339
  8.4 Особенности применения статистического метода к квантованным системам 339
  8.5 Функции распределения для квантованных систем. Два вида квантовой статистики 344
    8.5.1 Статистика Бозе − Эйнштейна 346
    8.5.2 Статистика Ферми − Дирака 349
  8.6 Квантовая статистика идеального одноатомного газа. Вырождение газов 353
    8.6.1 Газы из частиц Бозе 357
    8.6.2 Газы из частиц Ферми 359
  8.7 Сравнение функций распределения трех типов статистик 360
 Глава 9

 Теория активированного комплекса

Н.Т. Картель, В.В. Лобанов

prosmotr                                     save rus

363
  9.1 Общие положения теории абсолютных скоростей реакций 363
  9.2 Поверхности потенциальной энергии молекул 364
  9.3 Выражение константы химического равновесия через сумму состояний 373
  9.4 Вывод уравнения константы скорости реакции статистическим методом 377
  9.5 Применение термодинамических соотношений 385
  9.6 Ограниченность теории активированного состояния 386
  9.7 ППЭ и динамика химических реакций 387

Часть III  Элементы физики твердого тела

prosmotr                                     save rus

Глава 10

Электроны в твердом теле

В.В. Лобанов

prosmotr                          save rus

390
  10.1 Модель свободных электронов в металлах 390
  10.2 Изменение состояния электронов при сближении атомов 394
  10.3 Зонная теория одномерного кристалла 395
    10.3.1 Одномерная цепочка 396
      10.3.1.1 Блоховские функции одномерной цепочки 397
      10.3.1.2 -Пространство и первая зона Бриллюэна 400
    10.3.2 Законы дисперсии и энергетические полосы (зоны) 401
      10.3.2.1 Зонная структура 402
      10.3.2.2 Генетическая связь полос с атомными уровнями 403
      10.3.2.3 Структура полос и физические свойства кристалла 407
  10.4 Одноэлектронное приближение 408
  10.5 Модель Кронига–Пенни 411
  10.6 Зонная теория трехмерных кристаллов 414
    10.6.1 Трансляционная симметрия и блоховские функции трехмерной решетки 414
    10.6.2 Обратная решетка 416
    10.6.3 -Пространство и первая зона Бриллюэна трехмер­ных кристаллов 417
    10.6.4 Определение закона дисперсии 418
    10.6.5 Энергетические полосы и междузонные переходы в трехмерном кристалле 420
  10.7 Примеси и примесные уровни 423
  10.8 Методы расчета зонной структуры 424
    10.8.1 Предварительные замечания 424
    10.8.2 Метод присоединенных плоских волн 424
    10.8.3 Метод функций Грина 425
    10.8.4 Метод ортогонализованных плоских волн 426
    10.8.5 Метод эмпирического псевдопотенциала и метод Фурье-разложения законов дисперсии 427
    10.8.6 Зависимость между зонной структурой и атомным строением в методах ППВ, функций Грина, ОПВ и ЭПП 429
  10.9 Зонная структура неупорядоченных твердых тел 430
  10.10 Электроны в металлах и полупроводниках 431
    10.10.1 Статистика электронного газа в металле 436
    10.10.2 Статистика электронов в полупроводниках 441
      10.10.2.1 Собственный полупроводник 446
      10.10.2.2 Примесный полупроводник р-типа (с ак­цепторной примесью) 447
  10.11 Элементарные возбуждения в твердых телах 448
    10.11.1 Типы квазичастиц 449
    10.11.2 Характеристики квазичастиц 450
    10.11.3 Фонон 450
    10.11.4 Полярон 453
    10.11.5 Экситон 454
    10.11.6 Плазмон 456
    10.11.7 Дырка 457
    10.11.8 Вакансии 458
    10.11.9 Люминесценция в твердых телах 460
    10.11.10 Возникновение электретного состояния 461
    10.11.11 Магнон 461
 Глава 11

 Магнетизм твердых тел

В.В. Лобанов

prosmotr                          save rus

466
  11.1 Введение 466
  11.2 Общие магнитные характеристики 466
  11.3 Система единиц, применяемая в теории магнетизма 469
  11.4 Дифференциальные характеристики магнетизма 471
  11.5 Гамильтониан взаимодействия атомов и молекул с магнитным полем, расщепление уровней 472
  11.6 Диамагнетизм 474
    11.6.1 Ларморовский диамагнетизм атомов с полностью заполненными внутренними оболочками 474
    11.6.2 Ларморовский диамагнетизм молекул 476
  11.7 Парамагнетизм 476
    11.7.1 Парамагнетизм ван Флека 477
    11.7.2 Парамагнетизм ионов с J<>0 477
    11.7.3 Закон Кюри–Бриллюэна 479
    11.7.4 Парамагнетизм в кристаллах 482
      11.7.4.1 Парамагнетизм редкоземельных ионов 483
      11.7.4.2 Парамагнетизм группы железа 484
      11.7.4.3 Расщепление внутрикристаллическим полем 484
      11.7.4.4 Замораживание орбитального углового момента 485
      11.7.4.5 Ядерный магнетизм 486
  11.8 Парамагнитная и диамагнитная восприимчивость электронов проводимости 486
    11.8.1 Парамагнетизм Паули 486
    11.8.2 Диамагнетизм Ландау 489
  11.9 Основные результаты теории диа- и парамагнетизма 490
  11.10 Ферро-, антиферро-и ферримагнетизм 490
    11.10.1 Ферромагнетизм 490
      11.10.1.1 Внутреннее молекулярное поле Вейсса 492
      11.10.1.2 Электростатическая природа поля Вейсса 493
      11.10.1.3 Модель Гейзенберга 494
      11.10.1.4 Виды обмена спинами 495
      11.10.1.5 Спиновые волны. Магноны 495
    11.10.2 Ферримагнетизм 497
      11.10.2.1 Условия ферримагнетизма 498
      11.10.2.2 Температура Кюри и восприимчивость ферримагнетиков 499
    11.10.3 Антиферромагнетизм 499
      11.10.3.1 Точка Нееля 500
      11.10.3.2 Антиферромагнетик − скомпенсирован­ный ферримагнетик 501
      11.10.3.3 Восприимчивость антиферромагнетиков ниже температуры Нееля 502
  11.11 Ферромагнитные домены 503
    11.11.1 Движение границ при намагничивании 504
    11.11.2 Причины образования доменов 505
      11.11.2.1 Обменная энергия 505
      11.11.2.2 Энергия кристаллической магнитной анизотропии (или магнитокристальная энергия) – Uk 505
      11.11.2.3 Энергия магнитострикционной деформации – Uλ 507
      11.11.2.4 Магнитоупругая энергия 508
      11.11.2.5 Магнитостатическая энергия 509
      11.11.2.6 Магнитная энергия 509
      11.11.2.7 Уравнение Ландау–Лифшица 509
    11.11.3 Стенки Блоха 509
    11.11.4 Неелевские границы 511
    11.11.5 Страйп-структуры 512
    11.11.6 Циллиндрические магнитные домены 512
  11.12 Основные результаты теории ферро-, антиферро- и ферримаг­нетизма 513
 Глава 12

 Кристаллические твердые тела

П.П. Горбик

prosmotr                          save rus

514
  12.1 Общие свойства твердых тел 514
  12.2 Типы кристаллов 516
  12.3 Геометрия кристаллов 517
  12.4 Симметрия кристаллов 518
    12.4.1 Точечные группы симметрии 519
    12.4.2 Атомное строение кристаллов 523
  12.5 Гексагональная структура с плотной упаковкой 525
  12.6 Некоторые простые кристаллические структуры 528
    12.6.1 Структура хлористого натрия 528
    12.6.2 Структура алмаза 529
  12.7 Строение реальных кристаллов 530
  12.8 Физические свойства кристаллов 530
  12.9 Применения кристаллов 531
 Глава 13

 Явление сверхпроводимости

П.П. Горбик

prosmotr                          save rus

532
  13.1 Открытие сверхпроводимости 532
  13.2 Сверхпроводящие вещества 533
  13.3 Сверхпроводники в магнитном поле 535
  13.4 Сверхпроводники І и ІІ рода 538
  13.5 Тепловые свойства 541
  13.6 Изотопический эффект 542
  13.7 Электрон-фононное взаимодействие. Куперовские пары 543
  13.8 Энергетическая щель. Бозе-конденсация 544
  13.9 Теория сверхпроводимости Бардина – Купера – Шриффера 546
  13.10 Высокотемпературная сверхпроводимость 547
  13.11 Высокотемпературные металлоксидные сверхпроводники 547
  13.12 Основные свойства высокотемпературных металлооксидных сверхпроводников 549
  13.13 Нефононные модели высокотемпературной сверхпроводи­мости 550
    13.13.1 Экситонный механизм 550
    13.13.2 Магнонный и плазмонный механизмы спаривания 551
    13.13.3 Биполяронный механизм сверхпроводимости 551
    13.13.4 Бисолитонная модель 552
  13.14 Основные типы ВТСП 552
  13.15 Методы получения ВТСП 554
    13.15.1 Синтез ВТСП-порошков 555
    13.15.2 Получение ВТСП-керамики 555
    13.15.3 Получение ВТСП-пленок 556
    13.15.4 Методы выращивания ВТСП-монокристаллов 557
  13.16 Практические применения высокотемпературных сверхпро­водников  
   Литература к тому 1 561
   Предметный указатель 563
    572