Аннотации содержания дисциплин общие дисциплины Направление «Нанотехнология и микросистемная техника» бакавлариат Механика

АННОТАЦИИ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНОбщие дисциплиныНаправление «Нанотехнология и микросистемная техника»бакавлариатМеханикаИзлагаются основы кинематики и динамики материальной точки. Вводится модель свободного тела и инерциальная система отсчёта. Излагаются законы Ньютона. Описываются фундаментальные физические взаимодействия и приближённые силы, используемые в механике. Рассматривается движение материальной точки в неинерциальной системе отсчёта. Вводятся понятия работы и мощности силы, потенциальной энергии силового поля. Выясняется связь между консервативной силой и потенциальной энергией. Определяются понятия импульса и момента импульса системы материальных точек, момента силы. Выводятся уравнение моментов для системы материальных точек и теорема о движении центра масс. Изучается упругое и неупругое столкновение частиц. Формулируются законы сохранения импульса, момента импульса, механической энергии. Исследуется движение нерелятивистской ракеты, выводится уравнение Мещерского и формула Циолковского. Рассматривается кинематика и динамика твёрдого тела. Вводятся понятие мгновенной оси вращения, осевого момента инерции, тензора инерции. Выводятся уравнения Эйлера. Описывается движение гироскопа. Рассматриваются свободные и вынужденные колебания, их характеристики. Рассматриваются явление резонанса. Рассматриваются элементы специальной теории относительности. Выводятся преобразования Лоренца и следствия из них. Рассматривается релятивистское уравнение движения, энергия релятивистской частицы. Излагаются основы механики несжимаемой жидкости. Рассматривается течение жидкости в трубах. Дисциплина дает представление об основных физических моделях (материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело, упругое тело, идеальная и вязкая жидкость), законах и уравнениях, описывающих движение макроскопических тел. Дисциплина формирует навык применения математического аппарата классической механики (дифференциальные уравнения, векторы и тензоры) для решения практических задач о механическом движении тел. ^ Молекулярная физика В курсе рассматриваются основные понятия молекулярной физики и термодинамики, а также теории фазовых переходов. Идеи, методы и результаты молекулярной физики являются теоретическим фундаментом изучения в последующем курсе теоретической физики. Рассматривается соотношение динамического, статистического и термодина­мического методов описания систем многих частиц. Программа включает следующие разделы: основы классической термодинамики; элементы статистической термодинамики и кинетической теории; реальные газы, жидкости и твердые тела, современные проблемы молеку­лярной физики. Курс сопровождается аудиторными практическими занятиями по решению задач и лабораторными работами. Как задачи, так и лабораторные работы охватывают все основные вопросы программы.В ходе изучения дисциплины студенты должны научиться работать с литературой и применять теоретические знания к интерпретации равновесных и неравновесных процессов в физических системах. Освоить специфику и алгоритм решения задач молекулярной физики.ОптикаИзложение курса построено на всестороннем обсуждении физических свойств наблюдаемых оптических явлений и эффектов, вживую демонстрируемых в аудитории или при помощи компьютерной техники, и последующем их теоретическом описании на основе уравнений Максвелла. Дисциплина является составной частью курса общей физики для подготовки бакалавров. При ее изучении используются знания и навыки, полученные студентами при изучении предшествующих курсов общей физики – механики, молекулярной физики и электричества и магнетизма, а также знания и навыки, полученные при изучении предшествующих математических дисциплин. Полученные в курсе знания и навыки используются в последующих общих и специальных курсах физики. После изучения курса студент должен: обладать знаниями достаточными для дальнейшего изучения, при необходимости, современных проблем оптики и связанных с нею других физических проблем; уметь применять теоретические знания для интерпретации наблюдаемых оптических явлений; уметь проводить расчеты несложных оптических систем; получить навыки использования оптических приборов в исследовательской и другой практической деятельности. ^ Физика атома и атомных явленийПрограмма дисциплины включает вопросы истории возникновения современной атомной физики и квантовой механики. Рассматриваются такие фундаментальные понятия как корпускулярно – волновой дуализм квантового мира, гамильтонов формализм в механике, функция Лагранжа и функция Гамильтона для заряженной частицы в электрическом и магнитном поле, импульс частицы в поле. Дается представление об уравнении Шредингера, о соотношении неопределенностей и статистической трактовке предсказаний в квантовой механике. Рассматриваются методы решения задач квантовой механики, виды приближенных решений и критерии их применимости. Дается квантовомеханическое объяснение периодической системы элементов, объяснение нарушений в регулярности застройки электронных оболочек атомов. Рассматриваются вопросы, связанные с электронными, колебательными и вращательными состояниями двухатомных молекул. Значительная часть курса посвящена роли эксперимента в изучении объектов и процессов на атомном уровне, а также прикладным аспектам атомной физики, в частности, применению теории и модельных представлений в технике и технологии. После изучения курса студент должен хорошо представлять себе особенности квантового поведения частиц, масштабы физических величин, характеризующих структуру атома, знать основные результаты, вытекающие из решений конкретных задач квантовой механики, уметь их применять в конкретных случаях.^ Физика атомного ядра и элементарных частицДисциплина является последним завершающим курсом общей физики, который предусмотрен государственным образовательным стандартом подготовки бакалавров по направлению «Физика». Программа включает следующие основные разделы: возникновение и развитие физики атомного ядра и физики элементарных частиц; масштабы величин, характерные для физики атомного ядра; четыре типа взаимодействий в физике и их краткая характеристика; основные свойства элементарных частиц (масса покоя, заряд, спин, стабильность); принципы классификации элементарных частиц; квантово-механическое описание нестабильных состояний; законы сохранения в физике элементарных частиц; изотопический спин; странность; четность; слабые взаимодействия; квантование электромагнитного поля; сильное ядерное взаимодействие; теории элементарных частиц; единая теория частиц и полей; модели ядра (жидкой капли, ядерных оболочек); радиоактивность; альфа распад; гамма превращения ядер; эффективные сечения и выходы ядерных реакций; модель составного ядра; термоядерная реакция синтеза.После изучения курса студенты должны хорошо представлять себе структуру субатомного мира, иметь четкие представления о свойствах ядер и элементарных частиц, уметь решать задачи, связанные с ядерными процессами. Программирование Постоянно развивающиеся информационные технологии оказывают существенное влияние на фундаментализацию образования, формирование мировоззрения и развитие системного мышления студентов, овладения персональным компьютером на пользовательском уровне. Введение в программирование дается на основе языка программирования высокого уровня Паскаль, на примере которого рассматриваются основные управляющие конструкции, применяющиеся в алгоритмических языках. Кроме того, уделяется внимание основам объектно-ориентированного программирования. Важная роль в программе курса отводится вопросам алгоритмов и алгоритмизации. Основные принципы построения архитектуры ЭВМ, классификация программного обеспечения, организация операционных систем являются важными разделами курса. В результате освоения дисциплины студент должен знать современные информационные технологии для решения профессиональных задач, базовые технологии программирования, алгоритмы и способы их описания, уметь выбирать и применять в своей деятельности современные решения, основанные на применении информационных технологий, владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером, как средством управления информацией.^ Векторный и тензорный анализ Инвариантность физических законов при пространственно-временных преобразованиях и аппарат тензорного исчисления. Тензорная алгебра. Контра- и ковариантные компоненты тензора. Применение тензорного исчисления в кристаллографии. Принципы Неймана и Кюри. Тензорный анализ. Ковариантное дифференцирование. Интегральные теоремы. Примеры использования тензорного исчисления в физике.^ Вычислительная математика В курсе излагаются основы численных методов для решения инженерных, физических и математических задач. Рассматривается интерполяция функций, сплайны, решение нелинейных уравнений, вычислительные методы линейной алгебры, численное интегрирование, решение обыкновенных дифференциальных уравнений, задачи многомерной оптимизации.«Дифференциальные уравнения»Курс «Дифференциальные уравнения» является одним из важнейших в общей системе математического образования. Особое внимание в курсе уделено, во–первых, ОДУ первого порядка, а во–вторых, линейным ДУ и системам линейных ДУ, в частности, второго порядка, т. к. именно эти типы ОДУ чаще всего встречаются в практических приложениях. В качестве примеров решения ДУ используются уравнения для специальных функций (полиномы Лежандра, функции Бесселя и т.д.), которые встретятся студентам при изучении курсов теоретической физики. Для успешного усвоения курса от студентов требуются знания математического анализа, высшей алгебры, аналитической геометрии.«Теория вероятностей и математическая статистика»Цель курса ‒ ознакомление студентов с основами теории вероятностей и математической статистики, знание которых имеет как самостоятельный интерес, так и необходимо для усвоения материала курсов теоретической физики, особенно квантовой механики и статистической физики. В ходе освоения курса студенты получают представление о математических методах обработки экспериментальных данных, и построении физических статистических моделей на основе вероятностного описания. Задачей курса является формирование твердых теоретических знаний и практических навыков в области теории вероятностей и математической статистики.«Теоретическая механика» Один из базовых курсов теоретической физики. Цель и задачи курса – изложение основ теоретической механики и приобретение студентами необходимых навыков в решении практических задач. Помимо выработки физического мировоззрения (здесь выводятся базовые понятия и методы теоретической физики: интегралы движения, задача диух тел, методы Лагранжа, Гамильтона, Гамильтона-Якоби и т.д.) студенты имеют возможность закрепить и практически применить свои знания как по общей физике, так и по математическим (аналитической геометрии, линейной алгебре, дифференциальному и интегральному исчислению, тензорному и векторному анализу, дифференциальным уравнениям) дисциплинам.^ Архитектура параллельных вычислительных систем и основы параллельного программирования Применение технологий высокопроизводительных вычислений на основе параллельных вычислительных систем принимает всеобщий характер, поскольку является существенным фактором интенсификации научно-технической деятельности. В рамках курса рассматриваются модели, методы и технологии параллельного программирования, что позволяет рассмотреть простейшие программы, включающие параллельную обработку данных. Излагаются основные концепции архитектуры высокопроизводительных вычислительных систем, моделирование и анализ параллельных вычислений, основы разработки параллельных алгоритмов для решения типовых задач, системы разработки параллельных программ. Особое внимание уделено освоению практических навыков применения высокопроизводительных вычислительных систем. Техническая поддержка обеспечена специализированными лабораториями и классами, на базе которых планируется проведение практических занятий. В результате освоения дисциплины студент должен знать современные технические решения построения высокопроизводительных вычислительных систем и технологии параллельных вычислений, основные подходы при разработке параллельных программ, уметь разрабатывать параллельные программы для решения поставленных задач, владеть навыками разработки программ на основе применения многоядерных систем.Экология Курс геоэкологии является основой, на которой формируется представление об эволюции Земли и планет во Вселенной; роли естественных и техногенных процессов в том числе катастрофических, в развитии оболочек планеты и эволюции биоты. При изучении этого курса студенты используют знания и навыки, получаемые в рамках физических и математических дисциплин. Целью изучения дисциплины “Экология” является формирование у студентов базовых знаний о геофизических методах изучения процессов формирования Вселенной, современного состава, структуры и динамики эволюции Солнечной системы, Земли и планет, изучению физической природы катастрофических явлений. Внимание уделяется результатам экспериментального изучения: гравитационного, магнитного, теплового полей Земли и экологических последствий их быстрых изменений. Используются результаты изучения распространения сейсмических и электромагнитных волн для получения информации о структуре и состоянии внутренних областей планеты для понимания сейсмичности Земли и возможности прогноза землетрясений, как одного из видов экологических катастроф. Геофизическая природа палеоклиматических изменений, глобальные оледенения и катастрофические изменения уровня океана. Геофизические факторы усугубляющие последствия техногенных катастроф.^ Векторный и тензорный анализ Инвариантность физических законов при пространственно-временных преобразованиях и аппарат тензорного исчисления. Тензорная алгебра. Контра- и ковариантные компоненты тензора. Применение тензорного исчисления в кристаллографии. Принципы Неймана и Кюри. Тензорный анализ. Ковариантное дифференцирование. Интегральные теоремы. Примеры использования тензорного исчисления в физике.^ Вычислительная математика В курсе излагаются основы численных методов для решения инженерных, физических и математических задач. Рассматривается интерполяция функций, сплайны, решение нелинейных уравнений, вычислительные методы линейной алгебры, численное интегрирование, решение обыкновенных дифференциальных уравнений, задачи многомерной оптимизации.^ Физика тонких пленокПелегов Д.В., к.ф.м.н., кафедра компьютерной физики Курс посвящен изучению основ физики тонких пленок. Кратко рассматриваются различные способы получения тонких пленок, основы вакуумной техники. Изучаются основные свойства тонких пленок и их связь с микроструктурой и способом получения. Рассматриваются теория роста тонких пленок. Отдельная часть курса посвящена формированию заданной структуры (рисунка) в тонких пленках методами микро-и нанолитографии.ФотолитографияПелегов Д.В., к.ф.м.н., кафедра компьютерной физики Основные подходы и методы микро- и нанолитографии. Изучение физических и химических процессов, протекающих в пленках резиста при их нанесении, термической обработке, экспонировании и проявлении. Методы нанолитографии. Тенденции и перспектив развития микроэлектронной промышленности. Технологии чистых помещений, чистых технологических сред и чистых материалов.^ Фракталы в физикеШур В.Я., д.ф.м.н., профессор, кафедра компьютерной физики Развитие учения о фракталах. Основы современных представлений, используемых для описания статики и кинетики реальных объектов, обладающих сложной формой. Основы фрактальной геометрии и использование представлений о фрактальности для количественного описания эволюции реальных объектов, рассмотрение проблемы геометрических фазовых переходов, эволюции кластеров и различных типов перколяционных явлений.^ Численные методы и математическое моделирование В курсе излагаются основы численных методов для решения математических задач, возникающих при исследовании физических систем. Рассматривается интерполяция функций, поиск корней нелинейных уравнений, вычислительные методы линейной алгебры, решение обыкновенных дифференциальных уравнений, многомерная оптимизация.^ Электронные свойства полупроводниковых наноструктур Фундаментальные свойства и особенности электронного газа пониженной размерности в полупроводниковых наноструктурах с пространственным ограничением. Энергетический спектр носителей в квантовых ямах, квантовых нитях и квантовых точках на основе одиночных гетеропереходов, композиционных гетеробарьерных структур, сверхрешеток, структур металл-диэлектрик – полупроводник, дельта-легированных слоев. Плотность состояний и концентрация носителей в системах произвольной размерности и произвольного вырождения. Теплоемкость и экранирование в системах разной размерности. Электронные системы пониженной размерности в электрическом, магнитном и скрещенных полях. Пограничные состояния. Квазиклассический и квантовый перенос в системах пониженной размерности. Квантовый эффект Холла, эффект Бома-Ааронова, диффузионный и баллистический перенос в мезоскопических системах, слабая локализация и антилокализация. Обусловленные непараболичностью и спин-орбитальным взаимодействием эффекты релятивистского типа – взаимозависимость движений вдоль и поперек ограничивающих потенциалов, снятие спинового вырождения уровней электростатическим потенциалом конфайнмента, кинетический конфайнмент. Оптоэлектроника, одноэлектроника, спинтроника.^ Элементы и приборы наноэлектроники Основные направления развития наноэлектроники в мире. Принципы построения, конструкции, модели элементной базы наноэлектроники. Эффекты, определяющие особые закономерности протекания различных физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров. Возможности современной приборно-метрологической базы для конструирования наноэлектроники. Современные экспериментальными средства для исследования и проектирования элементной базы наноэлектроники.«Новые функциональные материалы»Дисциплина посвящена изучению современных представлений о функциональных материалах (углеродных материалах, керамиках, композитах, ВТСП, материалах с эффектом памяти, твердых электролитах, наноматериалах и др.). В рамках курса рассматриваются структура и свойства, способы и технологии получения, назначение и применение функциональных материалов. «Конструкционное материаловедение»В рамках курса изложены основы современного материаловедения. Рассмотрено строение металлических, неметаллических и композиционных материалов, методы изучения свойств материалов, методы и технологии изменения свойств за счет термической, химической и механической обработки, способы и технологии получения, назначение и применение конструкционных материалов.«Инженерная графика»Дисциплина посвящена изучению теоретических основ черчения. Рассматриваются стандартные обозначения, госты, правила чтения и построения чертежа. Изучается программный продукт Компас 3D для построения плоского чертежа и трехмерного твердотельного моделирования, как отдельных деталей, так и узлов и механизмов в сборе.«Электротехника и электроника» Курс лекций читается студентам инженерных потоков физического факультета, знакомит их с основами теоретической и практической электротехники, раздел курса, посвященный электронике, формирует у студентов базовые знания и навыки работы с электронными приборами и радиофизическими методами исследования инженерных устройств и геофизических систем.«Лаборатория элементарных радиоизмерений»Занятия формируют у студентов 1 курса навыки работы на осциллографе и генераторе радиочастотных сигналов, а также включают в себя компьютерное моделирование реальных электрофизических процессов в электронных схемах с помощью программы Electronics Workbench. Курс лабораторных работ посвящен исследованию простейших электронных схем – фильтров высоких и низких частот, последовательных и параллельных колебательных контуров, линейных электрических цепей.