ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА

В АСПИРАГНТУРУ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ

01.04.09 «ФИЗИКА НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР»

1. Техника низких температур

1.1. Дросселирование газов и эффект Джоуля-Томсона. Температура инверсии. Детандер, расширение газов при постоянной энтропии. Процесс Стирлинга. Эффект Пельтье. Тепловые контакты и теплоизоляция. Криостаты.
1.2. Газовый термометр. Термопары. Металлические, полупроводниковые и угольные термометры сопротивления. Магнитная термометрия

2. Термодинамика и статистическая физика

2.1. Абсолютная температура. Термодинамическая и эмпирическая шкалы температуры, их взаимосвязь. Равновесные и неравновесные состояния макроскопических систем. Параметры состояния. Обратимые и необратимые процессы. Первое, второе и третье начала термодинамики. Термодинамические потенциалы. Энтропия. Дифференциальные соотношения между производными термодинамических величин. Уравнения состояния. Изотермические и адиабатические процессы. Цикл Карно. Термодинамическое равновесие. Условия равновесия фаз. Химический потенциал. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса. Тройная точка, критическая точка.

2.2. Понятие функции распределения. Каноническое распределение Гиббса. Статистическое истолкование термодинамики. Вычисление свободной энергии методами статистической физики. Теорема равнораспределения энергии по степеням свободы. Термодинамические функции идеального газа. Распределение Максвелла - Больцмана.
2.3. Равновесные фазовые переходы. Фазовые переходы первого рода. Скрытая теплота перехода. Метастабильные состояния. Переохлаждение и перегрев. Фазовые переходы второго рода. Скачок теплоемкости. Изменение симметрии и параметр порядка. Критические индексы.

2.4. Статистика Ферми - Дирака. Статистика Бозе - Эйнштейна. Бозе-эйнштейновская конденсация, свойства бозе-конденсата.

3. Физика твердого тела

3.1. Трансляционная симметрия кристаллов. Концепция квазичастиц. Теорема Блоха. Элементарная ячейка и зона Бриллюэна. Энергетический спектр электронов в твердых телах. Основные методы расчета зонной структуры. Разрешенные и запрещенные зоны. Энергия Ферми. Поверхность Ферми. Металлы-полупроводники, диэлектрики. Электроны и дырки в полупроводниках, примесные уровни.
3.2. Фононный спектр в кристаллах. Тепловое расширение твердых тел. Теплоемкость твердых тел. Температура Дебая. Теплопроводность твердых тел.
3.3. Гальваномагнитные явления. Магнитосопротивление. Эффект Холла. Квантование орбитального движения, уровни Ландау, эффект де Хааза - Ван Альфвена.

3.4. Высокочастотные свойства твердых тел. Скин-эффект. Аномальный скин-эффект. Поверхностный импеданс. Геликоны. Альфвеновские волны. Затухание Ландау. Циклотронный резонанс. Плазменные колебания.

3.5. Электронный парамагнитный резонанс. Ядерный магнитный резонанс. Ядерный квадрупольный резонанс. Эффект Мёссбауэра.

4. Сверхтекучесть

4.1. Жидкий гелий. Сверхтекучесть ⁴He. Теория сверхтекучести Ландау. Сверхтекучая и нормальная компоненты. Фононы и ротоны. Квантованные вихри в гелии. Сверхтекучесть в пленках.

5. Сверхпроводимость

5.1. Критическая температура. Критический ток. Критическое магнитное поле. Эффект Мейснера. Термодинамика сверхпроводников, формула Рутгерса. Линейная электродинамика сверхпроводников, уравнения Лондонов.

5.2. Нелинейная электродинамика сверхпроводников, уравнение Пиппарда. Скин-эффект и поверхностный импеданс в сверхпроводниках. Квантование магнитного потока. Теория сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау. Глубина проникновения и длина когерентности. Параметр Гинзбурга-Ландау. Энергия границы раздела нормальной и сверхпроводящей фаз.
5.3. Сверхпроводники первого рода. Промежуточное состояние. Сверхпроводники второго рода. Смешанное состояние. Первое и второе критические поля. Вихри Абрикосова. Пиннинг вихрей и крип магнитного потока.
5.4. Изотопический эффект. Взаимодействие Фрелиха, куперовские пары. Модель Бардина-Купера-Шриффера. Спектр элементарных возбуждений в сверхпроводниках. Энергетическая щель. Плотность состояний на уровне Ферми..
5.5. Туннельные эффекты в сверхпроводниках. Стационарный эффект Джозефсона Нестационарный эффект Джозефсона.

5.6. Квантовые интерферометры. Низкочастотный СКВИД. Высокочастотный СКВИД. Симметричный СКВИД Циммермана, трансформатор потока.

5.7. Оксидные высокотемпературные сверхпроводники.
5.8. Сверхпроводниковые приемники излучения. Сверхпроводниковый болометр.

Список литературы

1. 
   Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Наука, 1976.
   
2. 
   Займан Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1974.
   
3. 
   Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. М.: Мир, 1979.
   
4. 
   Шмидт В.В. Введение в сверхпроводимость. М.: Наука, 1982.
   
5. 
   Тилли Дж., Тилли Дж. Сверхтекучесть и сверхпроводимость. М.: Мир, 1977.
   
6. 
   Линтон Э.А. Сверхпроводимость. М.: Мир, 1974.
   
7. 
   Мендельсон К. Физика низких температур. М.: Изд-во иностр. лит. 1963. -230 с.