Физический факультет
О кафедре Персональный состав Научные материалы Учебные материалы

Основные курсы

1. Общая физика (химический, биологический, геолого-географический, экологический факультеты)
   Дисциплина «Общая физика» принадлежит к фундаментальным дисциплинам и играет значительную роль в формировании научного мировоззрения и профессиональных навыков будущих специалистов. Курс состоит из разделов: механика; молекулярная физика и термодинамика; электричество и магнетизм; оптика; элементы атомной физики и квантовой механики. Курс предусматривает четыре формы занятий студентов: лекционные занятия, которые проводятся в специализированной аудитории, оснащенной современными техническими учебными средствами; лабораторные занятия, во время которых студенты выполняют лабораторный практикум, знакомятся с методами физических измерений, обработкой результатов, оценкой погрешностей; практические занятия, во время которых студенты приобретают навыки решения задач; самостоятельная работа студентов, которая включает прорабатывание учебного материала и выполнение индивидуальных заданий.

2. Современные проблемы физики магнитных явленийвыбор факультета
   Программой предполагается ознакомление студентов с результатами экспериментальных исследований, благодаря которым формировались современные представления о природе магнитных явлений в конденсированных веществах. Рассматриваются принятые на сегодняшний день принципы классификации различных типов магнитных состояний, а также их основные феноменологические признаки. Излагаются современные взгляды на природу микроскопических носителей магнетизма в веществе и механизмы их взаимодействия в металлах и диэлектриках, в результате чего формируются различные типы магнитных состояний. Уделено внимание актуальным в настоящий момент направлениям физики магнитных явлений – фрустрированным магнетикам, наночастицам, материалам с гигантским магнетосопротивлением и спинтронике.

3. Компьютерное моделирование физических процессов и явлений
   Цель курса: на основе знания физики и математики, приобретенного студентами на 1-4 курсах, познакомить их с принципами компьютерного моделирования реальных физических процессов, современными методами и средствами компьютерного моделирования в физическом образовании, экспериментальных и теоретических исследованиях, прикладной физике, в смежных областях образования, науки и техники. Студенты приобретают практические навыки пользования LabView, Coach и другими программными продуктами, овладевают техникой анимации в Excel (с использованием соответствующих макрос-программ).

4. Спецкурсы

Программа подготовки бакалавров

Теоретическая подготовка бакалавров

1. Магнитные свойства атома и слабый магнетизм
   Программа знакомит студентов с ключевыми наблюдениями и классическими экспериментами, определившими формирование современных представлений о природе магнитных явлений. Особое внимание уделяется освещению электрической природы магнитных явлений, магнитных свойств электрона, протона и нейтрона, связи между их механическими и магнитными моментами. Особый акцент делается на квантовой природе магнетизма, квантовании проекций момента импульса и магнитного момента.
   При изучении магнитных свойств электронной оболочки атома обращается внимание на часть кулоновского взаимодействия, которая связана со свойствами электрона, описывающимися принципом Паули, а также на релятивистское взаимодействие спиновых и орбитальных магнитных моментов и роль этих взаимодействий в создании результирующих магнитных моментов атомов, ионов и молекул.
   При изучении слабого магнетизма (пара- и диамагнетизма диэлектриков и нормальных металлов) свойства реальных парамагнетиков сравниваются со свойствами идеальных моделей. Предусмотрено также изучение диамагнитных свойств атомов и молекул.

2. Свойства магнитоупорядоченного вещества
   При изучении кооперативного магнетизма в упорядоченных магнетиках предусматривается: ознакомление с основными видами взаимодействий, которые приводят к возникновению магнитного порядка; рассмотрение основных типов магнитных структур, реализующихся в реальных кристаллах; рассмотрение магнитных фазовых переходов; изучение немагнитных физических явлений, сопровождающих процессы магнитного упорядочения, перестройки магнитной структуры и намагничивания; ознакомление с экспериментальными методами определения симметрии магнитных структур и методами создания, измерения и использования магнитного поля.
   Предусматривается рассмотрение вопросов практического использования магнитных материалов и развития современных технологий на их основе.

3. Теория процессов намагничивания
   На основании знаний, полученных при изучении курса «Общая физика», студенты изучают основные взаимодействия, ответственные за магнитное состояние; физические механизмы, обусловливающие возникновение доменных структур и переходных слоев между доменами, процессы эволюции магнитных структур во внешних магнитных полях при намагничивании магнетиков; основные физические принципы, использование которых дает возможность создавать магнитномягкие и магнитножесткие материалы.

4. Фазовые переходы в магнетиках
   В курсе рассматриваются следующие основные вопросы. Понятие фазы. Роль симметрии. Внутренние и внешние параметры. Фазовые переходы и параметры порядка. Род перехода. Критические явления. Размерность системы и дальний порядок. Основные принципы феноменологических теорий фазовых превращений. Симметричный подход. Теория Ландау, Модели Гайзенберга, Изинга, ХУ. Гипотеза скейлинга. Типы магнитных фазових переходов. Переходы по температуре и переходы по полю. Роль анизотропии. Особенности магнитных фазовых переходов в аморфных и неупорядоченных системах.

5. Методы магнитных измерений
   Курс знакомит студентов с основными экспериментальными методами исследования физических свойств различных классов магнитоупорядоченных веществ, с методами получения информации фундаментальных взаимодействиях и явлениях, формирующих   магнитное состояние вещества.

6. Спектроскопия магнетиков
   Цель курса – познакомить студентов с современной оптической спектроскопией твердого тела и, в частности, спектрами магнитных ионов в кристаллах. В курсе рассмотрены основные принципы формирования спектров магнитоконцентрированных кристаллов и их характеристики. Обсуждаются элементы теории групп и ее применение для анализа спектров. Рассмотрены спектры поглощения, люминесценции и комбинационного рассеяния света, а также получаемая на основе их анализа информация  о механизмах взаимодействий в кристаллах. Курс предшествует спецпрактикуму, в котором студенты знакомятся с соответствующими экспериментальными исследованиями.

7. Основы магнитного резонанса
   Цель курса - ознакомить студентов с основными понятиями магнитного резонанса и связи резонансных явлений с базовыми представлениями физики магнетизма, методами теоретических и экспериментальных магниторезонансных исследований, использованием методов магнитного резонанса в научных исследованиях и технике. Курс состоит из двух модулей:
   а) магнитный резонанс в магниторазбавленном состоянии (уравнение движения магнитного момента, уравнения Блоха, теория кристаллического поля, метод эквивалентных операторов, эффективный спин-гамильтониан, техника резонансного эксперимента)
   б) магнитный резонанс в магнитоупорядоченном состоянии (обменное взаимодействие, спин-спиновая и спин-решеточная релаксация, метод моментов Ван-Флека, эффективное поле, уравнение Ландау-Лифшица, динамическая восприимчивость, ФМР и АФМР)
8. Методы исследования свойств твердых тел
   Цель курса – познакомить студентов с традиционными методами исследования свойств и характеристик  твердых тел, которые используются в современной физике конденсированного состояния. Последовательно рассмотрены основные экспериментальные методы измерений, начиная от определения структурных параметров кристаллической решетки и заканчивая оптическими характеристиками. Внимание уделяется необходимости проведения комплексных исследований и взаимному дополнению информации, которую получают на основе разных методов. Курс носит обзорный характер и позволяет студентам, специализирующимся в области магнетизма, получить более широкий взгляд на исследования твердого тела в целом.

 Экспериментальная подготовка бакалавров

1. Использование ПК в научных исследованиях
   Цель курса - дать студентам базовые представления о современных способах применения компьютеров в научных исследованиях. Основная форма проведения занятий - выполнение студентами практических заданий на компьютере.
   Студенты знакомятся с общей схемой устройства компьютера, классификацией операционных систем, управлением работой компьютера на примере операционных систем Windows и DOS. Визуализация данных подробно рассматривается на примере графического пакета Origin. В качестве инструмента для проведения измерений, управления приборами, сбора данных и их анализа изучается среда графического программирования LabVIEW.

Лабораторный практикум

1. Основы рентгеноструктурного анализа и современной кристаллографии
   Студенты знакомятся с фундаментальными понятиями современной кристаллографии и рентгеноструктурного анализа, основными проблемами и направлениями исследований магнитоупорядоченных веществ
   Студенты выполняют следующие лабораторные работы:

  • Основы рентгеновской техники.
  • Метод Дебая - исследование металлов в поликристаллическом состоянии.
  • Прецизионные методы исследований металлов.
  • рентгеноструктурный анализ текстуры.
  • количественный и качественный фазовый анализ двухкомпонентных сплавов.
  • метод Лауэ исследования монокристаллов.

   На понятийно-аналитическом уровне показано влияние особенностей кристаллической структуры на динамику процессов, которые происходят в магнитоупорядоченных моно- и поликристаллах.

2. Физические свойства магнитоупорядоченных веществ и методы их исследования
   Цели и задачи практикума: ознакомление с основными экспериментальными методами исследования свойств магнитоупорядоченных веществ.
Практикум состоит из таких модулей:

  • Получение и исследование магнитных полей
  • Исследование процессов намагничивания и перемагничивания ферромагнетиков
  • Исследование магнитных фазовых переходов
  • Компьютерное моделирование экспериментальных задач практикума.

3. Резонансные явления в магнетиках
   На лабораторном практикуме выполняются лабораторные работы по темам:

  • Частотная зависимость начальной проницаемости ферримагнетиков.
  • Ферромагнитный резонанс (ФМР) в магнитноизотропных магнетиках.
  • ФМР в магнитноанизотропных магнетиках.
  • Влияние одноосных  упругих напряжений на ФМР.
  • Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) в жидкостях.
  • Исследование ЯМР ядер 57Fe в доменных границах  гексаферрита  BaFe12O19.
  • Исследование ЯМР ядер 57Fe в Y3Fe5O12 методом спинового эха.
  • Исследование температурной зависимости локальных полей на ядрах 57Fe методом    ЯМР в BaFe12O19.

Программа подготовки магистров

Теоретическая подготовка магистров

1. Спиновые волны
   На основании знаний, полученных при изучении курсов общей и теоретической физики, студенты изучают основные представления теории спиновых волн в рамках микроскопического, полуклассического и квантового подходов. В курсе рассмотрена роль спин-волновых процессов при описании термодинамических характеристик магнитоупорядоченных конденсированных тел, рассмотрены примеры использования теории спиновых волн для интерпретации экспериментальных результатов низкотемпературных исследований магнитных свойств многоподрешеточных магнетиков.

2. Квантовые эффекты в твердых телах
   Курс ставит целью обобщение знаний студентов, полученных благодаря изучению разделов теоретической физики, общих курсов физики конденсированного состояния и выборных предметов по специализации, с акцентом на твердотельные эффекты, имеющие квантово-механическую природу.

3. Магнетизм низкоразмерных систем и наноразмерных материалов
   Цель изучения дисциплины -  ознакомить студентов с фундаментальными понятиями физики магнитных материалов с ограниченной пространственной и спиновой размерностью, с современным состоянием проблем в этой отрасли, методами теоретических и экспериментальных исследований низко-  и наноразмерных материалов, практическим применением этих материалов.
   Курс состоит из двух модулей:
   а) Статические и динамические свойства низкоразмерных систем (Пространственная анизотропия обменных взаимодействий. Теорема Мермина-Вагнера. Спиновые корреляционные функции, их пространственные и временные свойства. Скейлинг и спиновый кроссовер. Динамические свойства низкоразмерных систем, приближения Кубо-Томити, диффузионная спиновая динамика.
   б) Магнитные нанопленки и нанопорошковые материалы ( Пленочные и многослойные системы. Эффект гигантского магнитосопротивления. Спиновая поляризация транспортного тока, спинтроника. Межслойная диффузия. Состояние интерфейса, его шероховатость. Магнитная анизотропия, ее составляющие. Определение параметров обмена и анизотропии. Порошковые магнитные наноматериалы. Суперпарамагнитное состояние магнетика, его свойства. Методы измерения свойств наноразмерных магнитных порошковых материалов. Сверхплотная магнитная запись информации, принципы построения устройств для нее).
 
4. Магнитные нанопленки и сверхрешетки
   Цель изучения дисциплины - сформировать у студентов современное физическое мышление и широкий научный кругозор. Дать основные понятия об особенностях наноразмерных объектов. Рассматриваются технологические методы получения наноструктур и методы их экспериментального исследования. Особое внимание уделяется магнитным свойствам ультратонких пленок, гигантскому магнетосопротивлению в магнитных сверхрешетках и сэндвичах.

5. Магнитные нано- и микрокристаллические материалы
   Излагается современное состояние исследований нано- и макрокристаллических ферритовых порошков. Вводятся аттестационные параметры. Рассматриваются способы получения, экспериментальные методы исследования, примеры практического использования. Обсуждаются теоретические модели, подходы, основные механизмы формирования специфики магнитных свойств частиц и их ансамблей, обусловленные размерным, поверхностным и коллективным эффектами.

Экспериментальная подготовка

Лабораторный практикум

1. Современные методы экспериментальных исследований магнетиков (филиал кафедры в Физико-техническом институте низких температур НАН Украины)
Программой предусматривается выполнение следующих работ:

  • Спектральные магнитооптические эффекты в магнетиках.
  • Эффект Фарадея в парамагнитном и  ферримагнитном гранате.
  • Применение Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния света к исследованию спектров элементарных возбуждений конденсированных сред.
  • Изучение индуцированных магнитным полем структурных фазовых переходов методом длинноволновой инфракрасной (ИК) спектроскопии.
  • Исследование свойств магнитоупорядоченных кристаллов в парамагнитной области температур при помощи электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
  • Измерение намагниченности при помощи магнитометра с вибрирующим образцом.
  • Опрокидывание подрешеток одноосного антиферромагнетика в импульсном магнитном поле.
  • Исследование упругих и магнитных свойств вещества акустическими методами.

2. Получение и исследование свойств нано- и микрокристаллических порошковых ферритовых материалов

  • Получение экспериментальных образцов нано- и микрокристаллических порошков оксидных ферримагнетиков .
  • Аттестация экспериментальных образцов по показателям, которые подтверждают модельность системы малых частиц.
  • Исследование магнитных состояний системы нанокристаллов с объемами, близкими к критическому.
  • Определение параметров межчастичного магнитного взаимодействия в системах частиц различной дисперсности с помощью стандартного магнитометрической метода Коэрцитивная сила высокодисперсных ферритовых порошков и факторы, которые за нее отвечают.
  • Коэрцитивная сила высокодисперсных ферритовых порошков и факторы, которые за нее отвечают.