Курс даёт начальные знания по электродинамическим свойства широкого спектра конденсированных сред – диэлектриков, полупроводников, проводников (металлов) и сверхпроводников. При этом не рассматриваются сложные микроскопические механизмы поглощения и преломления. Пояснения проводятся в основном на основании относительно простых феноменологических представлений, позволяющих, тем не менее, получить основные представления о механизмах формирования электродинамического отклика четырех основных групп материалов – диэлектриков (изоляторов), полупроводников, проводников (металлов) и сверхпроводников.
1. Уравнения Максвелла.
Уравнения Максвелла и материальные уравнения. Временная и пространственная дисперсии. Свойства тензора диэлектрической проницаемости (соотношения симметрии Онсагера, гиротропные и негиротропные среды. Функции линейной реакции и их Фурье-компонент, соотношения Крамерса-Кронига). Нормальные электромагнитные волны в среде с дисперсией (закон дисперсии и поляризация волн, декремент затухания волн и глубина затухания волн, комплексный показатель преломления, энергия электромагнитного поля в среде с дисперсией).
2. Диэлектрики.
Неполярные диэлектрики (модель упруго связанных электронов, диэлектрическая проницаемость в периодическом поле, поглощение и аномальная дисперсия. Локальное электрическое поле в поляризованной среде, поправка Лоренц-Лоренца. Полярные диэлектрики (дебаевская теория диэлектрической релаксации, релаксационный максимум поглощения).
3. Проводники и полупроводники.
Проводники в переменных полях (модель проводимости Друде-Лоренца, диэлектрическая проницаемость и проводимость в переменном поле). Динамическая проводимость (свободные электроны в переменном электрическом поле,диэлектрическая функция проводящих кристаллов, плазменный резонанс, правило сумм). Оптические свойства проводников (комплексный показатель преломления для проводящих сред, низкочастотная область и скин-эффект, коэффициент отражения, формула Хагена-Рубенса, промежуточные частоты и ленгмюровская экранировка, высокочастотная область, плазменные колебания). Скин-эффект в проводниках (нормальный и аномальный скин-эффект, поверхностный импеданс, импеданс вещества). Оптические свойства полупроводников (механизмы поглощения, особенности Ван Хова).
4. Сверхпроводники.
Оптические свойства сверхпроводников (энергетическая щель, температурное поведение спектров динамической проводимости, двухжидкостная модель сверхпроводимости, плазмонные возбуждения в высокотемпературных сверхпроводниках, правило сумм для сверхпроводников).
5. Экспериментальные методы оптической спектроскопии твёрдых тел.
Оптические свойства многослойных структур. (Отражение и прохождение волн на границе раздела двух сред. Коэффициенты пропускания, отражения, поглощения плоско-параллельной пластины и многослойных структур. Оптические свойства тонких металлических и сверхпроводящих плёнок. Согласование двух сред металлическими плёнками).
Перечень типовых вопросов:
1. Уравнения Максвелла и материальные уравнения. Соотношения Крамерса-Кронига. ременная и пространственная дисперсии.
2. Локальное электрическое поле в поляризованной среде, поправка Лоренц-Лоренца. Полярные диэлектрики, дебаевская теория диэлектрической релаксации. Неполярные диэлектрики: модель упруго связанных электронов, диэлектрическая.
3. Модель проводимости Друде-Лоренца, диэлектрическая проницаемость и проводимость в переменном поле. Скин-эффект в проводниках (нормальный и аномальный скин-эффект, поверхностный импеданс, импеданс вещества).
4. Оптические свойства сверхпроводников (энергетическая щель, двухжидкостная модель сверхпроводимости, правило сумм для сверхпроводников)
5. Экспериментальные методы оптической спектроскопии. Оптические свойства многослойных структур.
Основная литература:
1. Е.А.Памятных, Е.А.Туров, «Основы электродинамики материальных сред в переменных и неоднородных полях», § 1 – 21 , - М.: Физматлит, 2000.
2. M. Dressel and G. Gruner, Electrodynamics of Solids. Cambridge University Press, Cambridge, 2002.
3. Гроссе П. Свободные электроны в твердых телах, М, Мир, 1982.
4. Горбачев В. В., Спицына Л. Г. Физика полупроводников и металлов. Металлургия. 1976 г.
5. М.Борн, Э.Вольф, Основы оптики, Наука, Москва (1970).
6. Каплан А.Е. Об отражательной способности металлических пленок в СВЧ- и радиодиапазоне. Радиотехника и электроника. – 1964. – №10. – С. 15-21.
7. О.С. Островский, Е.Н. Одаренко, А.А. Шматько. Защитные экраны и поглотители электромагнитных волн. ФІП ФИП PSE, 2003, том 1, № 2, vol. 1, No. 2.
Дополнительная литература:
1. Питер Ю, М.Кардона, «Основы физики полупроводников», гл. 6, 7, - М.: Физматлит, 2002.
2. А.Г.Гуревич, «Физика твердого тела», гл. 8 – 12, ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, - СПб.: Невский Диалект; БХВ-Петербург, 2004.
3. Ч.Киттель, «Введение в физику твердого тела», гл.11 – 14, 18, - М.: Наука, 1978.
4. И.М.Лифшиц, М.Я.Азбель, М.И.Каганов, «Электронная теория металлов», гл. 4, - М.: Наука, 1971.
5. Ф.Блатт, «Физика электронов проводимости в твердых телах», гл.10, - М.: Мир, 1971.
6. Ю.И.Уханов. Оптические свойства полупроводников. Наука. 1977.
7. А.В.Соколов, Оптические свойства металлов, ГИФМЛ, Москва (1961).
8. M. S. Dresselhaus. SOLID STATE PHYSICS. PART II. Optical Properties of Solids. F. Wooten, Optical Properties of Solids, Academic Press, 1972.
9. M.Fox. Optical properties of solids. Oxford University Press. 2001.
10. Tinkham M. Introduction to superconductivity (2ed., MGH, 1996).