Спектроскопія атомів, молекул і кристалів (Фізика)

Тип: На вибір студента

Кафедра: експериментальної фізики

Навчальний план

СеместрКредитиЗвітність
85Залік

Лекції

СеместрК-сть годинЛекторГрупа(и)
832професор Франів А. В.ФзФ-42(1), ФзФ-42(2)

Лабораторні

СеместрК-сть годинГрупаВикладач(і)
832ФзФ-42(1)ст. наук. співробітник Гамерник Р. В.
ФзФ-42(2)ст. наук. співробітник Гамерник Р. В.

Опис навчальної дисципліни

Мета  – Ознайомити студентів з послідовним розвитком сучасних уявлень про атомну будову речовини на основі квантової механіки, загальними питаннями атомної і молекулярної спектроскопії, новітніми досягненнями в галузі атомної та молекулярної спектроскопії.  Ознайомлення з інформаційними можливостями та сучасними методичними засобами оптико-спектральних досліджень кристалів.

Завдання – Поряд з аналізом експериментальних результатів ставиться ціль приділити значну увагу теоретичному поясненню самих явищ. Навчити студентів критично оцінювати різні методи моделювання і математичного опису процесів, які відбуваються на атомному та молекулярному рівнях. Аналізуються різні типи оптичних спектрів кристалів (спектри фундаментального поглинання і відбивання, екситонні спектри, фононні та домішкові спектри тощо) як при накладанні зовнішніх полів, так і без полів. Аналіз ведеться в плані одержання інформації про енергетичну структуру кристалів.

Підготувати студентів до сприймання і глибокого розуміння спеціальних теоретичних курсів, зокрема квантової механіки.

 

В результаті вивчення даного курсу студент повинен

знати:

  • експериментальні положення, що висвітлюються в атомній і молекулярній спектроскопії;
  • основні задачі сучасної атомно-молекулярної фізики;
  • закономірності побудови спектральних термів електронів в атомах і молекулах;
  • зв’язок між квантовими характеристиками і властивостями атомів і молекул;
  • порівняльні квантові характеристики речовини в різних агрегатних станах;
  • властивості молекул та структуру молекулярних спектрів;
  • зв’язок структури оптичних спектрів кристалів з їх енергетичною структурою;
  • спектри і структуру різних центрів в кристалах;
  • процеси міграції і трансформації енергії оптичного збудження в кристалах;
  • діагностику лінійних та нелінійних відгуків кристалічної системи при взаємодії з оптичним випромінюванням;
  • ідентифікацію за структурою оптичних спектрів різних елементарних збуджень в кристалах;
  • вплив фазових переходів на оптичні властивості кристалів.

вміти:

  • володіти методами розрахунку та побудови атомних та молекулярних спектрів;
  • систематизувати енергетичні рівні та стани атомів і молекул;
  • передбачити можливі фізичні властивості атомів на підставі аналізу їх квантових станів;
  • знаходити зв’язок між електронними, коливними та обертовими спектрами молекул;
  • планувати і здійснювати простіші експерименти по дослідженню атомних станів;
  • систематизувати спектри атомів і молекул на основі сучасних моделей.
  • систематизувати елементарні частинки на основі сучасних уявлень.
  • проводити аналіз Крамерса-Кроніга, тобто розраховувати оптичні функції на основі виміряних спектрів відбивання;
  • проводити температурні дослідження спектрів кристалів;
  • визначати параметри екситонів Ваньє-Мотта;
  • оцінювати тип і характер електрон-фононної взаємодії за аналізом форми спектральних контурів;
  • проводити поляризаційні дослідження спектрів анізотропних кристалів;
  • визначати типи міжзонних квантових переходів в кристалах широкозонних напівпровідників;
  • застосовувати методи теоретико-групового аналізу для ідентифікації міжзонних переходів.

Рекомендована література

Методичне забезпечення

1. А.С. Крочук, М.О.Колінько Атомна спектроскопія. Навчальний посібник. Львів. Видавничий центр ЛНУ імені Івана Франка, 2006. – 210 с.
2. Довгий Я.О. Методичні вказівки до спецпрактикуму „Спектроскопія кристалів”. Низькотемпературні дослідження екситонних спектрів: екситони великого радіуса (модель Ваньє-Мотта) для студентів фізичного факультету / Я.О. Довгий. – Львів: В-тво ЛДУ, 1990. – 12 с.
3. Довгий Я.О. Методичні вказівки до спецпрактикуму „Спектроскопія кристалів”. Дослідження міжзонних переходів у широкозонних напівпровідниках для студентів фізичного факультету / Я.О. Довгий. – Львів: В-тво ЛДУ, 1990. – 20 с.
4. Довгий Я.О. Методичні вказівки до використання мікроЕОМ у практикумі зі спецкурсу „Спектроскопія кристалів” (Дослідження спектрів відбивання і методика Крамерса-Кроніга) для студентів фізичного факультету / Я.О. Довгий, М.К. Заморсь¬кий, Г.Г. Злобін, І.В. Кітик. – Львів: В-тво ЛДУ, 1989. – 24 с.
5. Довгий Я.О. Методичні вказівки та програма розрахунку оптичних функцій із спец¬курсу „Спектроскопія кристалів” для студентів фізичного факультету / Я.О. Довгий, М.К. Заморський, Г.Г. Злобін, І.В. Кітик. – Львів: В-тво ЛДУ, 1989. – 28 с.
6. Довгий Я.О. Методичні вказівки. Дослідження реверсивних фотоіндукованих перетворень в халькогенідних склоподібних напівпровідниках / Я.О. Довгий. – Львів: В-тво ЛДУ, 1990. – 12 с.

Рекомендована література

Базова
1. Ельяшевич М.А. Атомная и молеулярная спектроскопия. М.: Госиздат физ.-мат. литер., 1962. – 849 с.
2. Кондиленко И.И., Коротков П.А. Введение в атомную спектроскопию. Киев: Высшая школа, 1976. – 304 с.
3. Бахшиев Н.Г. Введение в молекулярную спектроскопию. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. – 215 с.
4. Блейкмор Дж. Физика твердого тела / Дж. Блейкмор; пер. с англ. под ред. д.ф.-м.н., проф. Д.Г. Андрианова. – М.: Мир, 1988. – 608 с.
5. Довгий Я.О. Електронна будова і оптика нелінійних кристалів: Монографія / Я.О. Дов¬гий, І.В. Кітик. – Львів: Світ, 1996. –176 с.
6. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела / Ч. Киттель; пер. А.А. Гусева, А.В.Пах¬нева с 4-го амер. изд. – М.: Наука, ФМ, 1978. – 791 с.
7. Мельничук С.В. Теорія груп у фізиці молекул і кристалів: навч.посібник для студ. фізичн. спец. ун-тів / С.В. Мельничук. – К.: ІЗМН, 1997. – 304 с.
8. Бенуел К. Основы молекулярной спектроскопии. М: Мир, 1985. – 384 с.
9. Мальцев А.А. Молекулярная спектроскопия. М: Мир, 1980. – 243 с.

Допоміжна

1. Гавриленко В.И. Оптические свойства полупроводников: справочник / В.И. Гаври¬ленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко.– К.: Наукова думка, 1987.–607 с.
2. Довгий Я.О. Чарівне явище надпровідність / Я.О. Довгий. – Львів: Євросвіт, 2000. – 440 с.
3. Герцберг Г. Атомные спектры и строение двухатомных молекул. М: Изд-во иностр. литер., 1954. – 463 с.
4. Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М: Изд-во иностр. литер., 1956. – 404 с.
5. Герцберг Г. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. М: Изд.-во иностр. литер, 1962. – 647 с.
6. Герцберг Г. Електронные спектры и строение многоатомных молекул. М.: Изд.-во иностр. литер. 1969. – 772 с.

Інформаційні ресурси

1. Wikipedia. http://www.wikipedia.org

Матеріали

Програма навчальної дисципліни

МОДУЛЬ 1
Змістовий модуль 1. Основи спектроскопії. Атомна і молекулярна спектроскопія.
Тема 1. Основні квантові закони.
Характеристики рівнів енергії. Моменти кількості руху. Магнітні моменти, їх додавання і взаємодія.

Тема 2. Загальні характеристики спектрів.
Спектр атома водню і водневоподібних іонів. Квантові числа електронів у складному атомі. Принцип Паулі.

Тема 3. Спектри лужних металів.
Спектри лужних металів з одним зовнішнім s-електроном.
Спектри атомів з двома зовнішніми s-електронами.

Тема 4. Спектри багатоелектронних атомів.
Спектр атома гелію.
Спектри атомів з частково заповненими і незаповненими оболонками.

Тема 5. Типи молекулярних спектрів.
Розміри молекул. Характеристика переходів в спектрах поглинання і комбінаційного розсіювання. Рівноважна конфігурація молекули.

Тема 6. Обертання молекул, обертові спектри.
Моменти інерції і обертові постійні молекул типу симетричної та асиметричної дзиґ.

Тема 7. Коливні спектри молекул.
Електронні стани двохатомних молекул. Електронні спектри двохатомних молекул.

Тема 8. Електронні спектри молекул. Принцип Франка-Кондона і відносні інтенсивності електронно-коливних смуг.

Змістовий модуль 2. Кристали: структурні типи та класифікація за типами хімічних зв’язків. Механізми поглинання світла кристалами.

Тема 9. Універсальна класифікація кристалів за типами хімічних зв’язків.

Тема 10. Основні засади теорії груп. Оптичні властивості і спектри металів.

Тема 11. Теорія груп і спектроскопія. Енергетичний спектр електронів у твердих тілах.

Тема 12. Енергетичні спектри і взаємодія світла з кристалами.

Тема 13. Поглинання світла твердими тілами.

Тема 14. Дисперсія оптичних параметрів твердих тіл.
Екситони в напівпровідниках і діелектриках.

Тема 15. Електронний спектр домішок у твердих тілах.

Тема 16. Деякі методичні питання спектроскопії кристалів.