Meester in de kwantumfysica voor geavanceerde materialen techniek

Algemeen

Beschrijving van opleiding

De masteropleiding Quantum Physics for Advanced Materials Engineering is gewijd aan de studie van nieuwe fysische fenomenen die worden aangetroffen in nanogestructureerde materialen en quantumapparaten die de laatste 20-30 jaar zijn gemaakt bij het zoeken naar componenten voor kwantumelektronica. Tegelijkertijd steunt het programma de fysische principes van elektronische systemen en apparaten quantum elektronica, evenals een aantal belangrijke productietechnieken en metingen van fysische en chemische eigenschappen van quantum-sized structuren en materialen. Het programma is bedoeld voor studenten getraind in het bedrag van de universitaire opleidingen in het algemeen fysica en inleiding tot de theoretische natuurkunde voor een Bachelors, die de cursussen bestaat uit: theoretische mechanica en de theorie van elasticiteit, elektrodynamica, kwantummechanica en statistische fysica. Het programma omvat geen speciale startopleiding voor studenten in de fysica van de gecondenseerde materie, omdat het basiscursussen omvat in:

1) moderne kwantumfysica van vaste stoffen,
2) elektronische theorie van metalen,
3) technologie en materialen van kwantumelektronica,
4) spectroscopische methoden voor de karakterisering van materialen.


De voertaal voor dit programma is Engels.


Een onderscheidend kenmerk van deze master is om zich te concentreren op de studie van nieuwe fysische fenomenen in de quantum-sized materialen en apparaten, die allemaal over het hoofd gezien in de traditionele cursussen van de vaste stof fysica. Deze objecten van studie verscheen in de laatste 20-30 jaar als gevolg van de ontwikkeling van instrumenten en methoden voor het meten en de omzetting van de eigenschappen van materialen in het nanometer bereik van afstanden. Hoewel de fysische verschijnselen en processen waargenomen in de nieuwe materialen en nanostructuren worden beschreven in het kader van gevestigde fundamentele concepten van de kwantum en klassieke fysica, konden ze een object van studie van de traditionele opleidingen op gecondenseerde materie, die zijn gemaakt niet te worden in het midden van de twintigste eeuw, omdat de meeste van deze voorzieningen en voldoende meetinstrumenten voor hun onderzoek werden nog niet ontwikkeld. De cirkel van nieuwe fysische fenomenen bestudeerd in speciale cursussen van deze master programma omvat de effecten van grootte quantisatie in laag-dimensionale structuren, in het bijzonder: de quantum Hall-effect, quantum lading fluctuaties, Coulomb blokkade en Landauer quantum geleiding van de contacten van atomaire afmetingen De Wigner-Dyson ploegen elektronische energieniveaus in de nanoclusters de Rabi oscillaties in twee niveaus systemen, de spectra van quantum dots, putten en draden in een magnetisch veld, fononen in fractalstructuren, Einstein modi thermo halfgeleidermaterialen met complexe kristalcel, etc. Dit masterprogramma stelt studenten in staat zich te oriënteren in het moderne wetenschappelijke en toegepaste onderzoek en de ontwikkeling van materialen en apparaten van kwantumgrootte door het verwerven van vaardigheden in zowel theoretische berekeningen op het gebied van de kwantumfysica van nanosystemen als experimentele metingen met behulp van moderne apparatuur in het veld van elektronen- en scanningprobe microscopie en spectroscopie.

Basiscursussen 1) De moderne kwantumfysica van vaste stoffen (1 ste semester) introduceert in: verschillende aspecten van moderne vaste stof fysica, inclusief verschijnselen in de objecten met atomaire afmetingen, inclusief die in de volgende onderwerpen: quantum Hall-effect, grafeen en koolstofnanobuisjes , Landauer-kwantumgeleiding van atomaire groottecontacten, kwantummagneten (spinkettingen), magnetisme van gefrustreerde systemen, magnetische halfgeleiders, inclusief silicium gedoteerd met mangaan, kolossale magnetoweerstand, quantumfaseovergangen, de lage-energie excitaties in ongeordende media en fractale structuren, korrelig geleiders, metalen met zware fermionen, de Kondo-halfgeleiders, quasicrystals en structureel complexe legeringen; 2) Elektronentheorie van metalen (1 ste semester) introduceert in: basismethoden en resultaten van de elektronentheorie van metalen, die in het brandpunt staan ​​van het huidige onderzoek naar kwantumeigenschappen van vaste stoffen en het concept van Landau quasi-deeltjes en Fermi gebruiken -vloeistoftheorie om de eigenschappen van normale metalen te beschrijven; beschrijving van verschijnselen in supergeleiders, gebaseerd op het concept van spontane symmetrievorming en Bose-condensatie van Cooperparen in het kader van de theorie van Bardeen, Cooper en Schrieffer, met toepassing van de vergelijkingen van de Ginzburg en Landau; funderingen van de Green's functietechniek en de toepassingen ervan voor het voorspellen en interpreteren van experimenten met de verstrooiing van fotonen, neutronen, muonen en het meten van de stroom-spanningskarakteristieken van de tunneling microcontacten; 3) Technologieën en materialen van Quantum Electronics (tweede semester) introduceert in: fysische eigenschappen van elementaire halfgeleidende materialen en methoden van nanotechnologie met betrekking tot het creëren van de basiselementen van nano-elektronica, opto-elektronica, kwantumapparaten, in het bijzonder, inclusief de studie van veranderingen in de elektrische en optische eigenschappen van bulkmaterialen wanneer ze worden geproduceerd in de vorm van laag-dimensionale structuren (quantumputten, draden en punten) als gevolg van de effecten van het kwantumgrootte-effect; met de nadruk op C, Si, vaste oplossingen GeXSi1 -X, verbindingen en vaste oplossingen А2В6 en A3B5; ook beschouwd zijn basistechnologieën voor het vervaardigen van structuren met een grote omvang: epitaxie in vloeibare fase, moleculaire bundelepitaxie, dampfase-epitaxie van organometaalverbindingen, nanolithografie, zelforganisatie van kwantumdraden en punten; schets van het gebruik van laagdimensionale structuren in de apparaten van micro- en nano-elektronica; ook beschouwd zijn emitterende diodes en lasers voor de infrarode, zichtbare en ultraviolette spectrale gebieden, fotodetectoren en transistors; 4) Spectroscopische methoden voor analyse van materialen (eerste semester) introduceert in: de grondbeginselen van moderne spectroscopische analysemethoden voor materialen, zoals Auger-elektronenspectroscopie (AES), röntgenfoto-elektronspectroscopie (XRF), secundaire ionenmassaspectrometrie ( SIMS), transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), scanning ion microscopie (SIM), dwz methoden waarmee we elementaire, chemische samenstelling, atomaire structuur, structurele perfectie van de oppervlakken van vaste stoffen, oppervlaktelagen, interfase-grenzen en nanostructuren kunnen onderzoeken.

Speciale cursussen maken studenten bekend met de elementaire moderne gebieden van theoretisch natuurkundig onderzoek in nanosystemen, waaronder laagdimensionale systemen. 1) Kwantum-elektronische eigenschappen van nanosystemen (3e semester) introduceert in: theorie van elektronische kwantumfenomenen in nanosystemen: willekeurige Hamilton-matrices van Wigner-Dyson en thermodynamica van nanoclusters, Peierls-overgangen in quasi eendimensionale geleiders, overgangen van Ising en Berezinskii Kosterlitz- Thouless in tweedimensionale roostersystemen, de theorie van spinfluctuaties in eendimensionale Ising-keten, de theorie van Landauer-kwantumgeleiding van quantumpuntcontact; 2) Fysica van vloeibaar-kristalmembranen (3e semester) introduceert in: fysica van vloeibare kristallen en de toepassingen ervan op de theorie van lipidemembranen, in het bijzonder, in fundamentals van elasticiteit van vloeibare kristallen aangepast om dubbellaagmembranen, thermodynamica en kinetiek van fase te beschrijven overgangen in multicomponent-systemen, Gibbs-fasediagrammen en verschillende tweedimensionale roostermodellen; basistheorie van bevochtiging, aangepast aan biomembranen, mechanismen van eiwit-lipide interacties en omstandigheden van vorming van macroscopische bevochtigingsfilms, de afhankelijkheid van de snelheid van cellulaire processen op de energie van het vormen van membraanstructuren met behulp van exo- en endocytose als voorbeeld; 3) Fysica van laag-dimensionale systemen (2 e semester) introduceert in: laagdimensionale systemen - quasi-tweedimensionale kwantumputten, eendimensionale kwantumdraden en quasi-nuldimensionale kwantumstippen, in het bijzonder met de kwantummechanische systemen verschijnselen in dergelijke systemen en de invloed van externe elektrische en magnetische velden, methoden van computermodellering en berekeningen van de eerste beginselen van parameters van de laagdimensionale systemen: resonantiefrequenties, de energiespectra en golffuncties van elektronische en excitonische systemen met dragers ontkoppelde quantum putjes en gekoppelde kwantumstippen; evolutie van het spectrum en herstructurering van de spintoestanden van moleculen bestaande uit horizontaal en verticaal gekoppelde kwantumstippen; 4) Experimentele methoden in de fysica van laagdimensionale systemen (2 e semester) introduceert in: methoden van experimentele studies van transport en magnetische eigenschappen van vaste stoffen, waaronder: galvanomagnetische effecten (magnetoresistentie, Hall-effect, de Haas-van-Alphen-effect, Shubnikov - de Haas-effect), elektrodynamica van metalen, nucleaire magnetische resonantie, nucleaire gamma-resonantie; uitrusting en experimentele technieken voor het meten van zwakke signalen in de aanwezigheid van ruis, weerstandsmeting, thermometer, toepassing van hoge magnetische velden; methoden voor de keuze van geschikte meettechnologie voor onderzoek, experimenteel ontwerp, ontwerpschema van de experimentele opzet, verwerking en interpretatie van de resultaten van het experiment, de cursus leert ook analysemethoden voor oppervlakken van vaste stoffen, waaronder: classificatie van analysemethoden materiaaloppervlak, ionbundelprobe (omgekeerde Rutherford-verstrooiing, kanalisering, massaspectroscopie van secundaire ionen), elektronenstraalsonde (karakteristieke verliesspectroscopie, secundaire elektronenemissie, Auger-spectroscopie), elektromagnetische stralingssonde, tunnelingmicroscopie; 5) Fasediagrammen van multicomponent-systemen (3e semester) introduceert in: analyse van fasediagrammen van multicomponent-systemen, inclusief toegepast op echte materialen en processen op basis van software packet-berekeningsmethoden "Thermo-Calc", evenals de originele technieken gericht op de gebruik van het wijdverspreide programma EXCEL; methoden voor het oplossen van de volgende taken: analyse van fasesamenstelling van multicomponentmaterialen bij verschillende temperaturen; grafische schatting en berekening van de liquidus, solidus en andere kritische temperaturen van fase-transformaties; constructie van geïsoleerde en polythermal sneden van drievoudige, viervoudige en vijf vingers systemen met behulp van zowel grafische als computationele methoden; berekening van de massa- en volumefracties van fasen in multicomponent-systemen, een kritische analyse van informatie over fasediagrammen en het vinden van fouten bij de voorspelling van fase-evenwichten in niet-onderzochte multicomponent-systemen. 6) Elektronische eigenschappen van quantum-begrensde halfgeleider heterostructuren (2e semester) introduceert in: fysica van laag dimensionale quantum beperkte heterostructuren, dat zijn de structuren waarbij de beweging van de drager beperkt is in één of meer richtingen op de afstanden van de orde van de Broglie golflengte; elektronentransport en optische overgangen in laagdimensionale elektronische systemen, en het verschil tussen de elektronische eigenschappen van structuren met een lage afmeting en die van bulkhalfgeleiders; toepassingen van quantum dots en putjes in fotovoltaïsche en lasertechnieken. 7) Inleiding tot padintegraal methoden in de gecondenseerde materie (2-tweede semester) motivatie en inhoud: Het idee van de cursus is om studenten vertrouwd te maken met pad integrale aanpak van problemen van de hedendaagse fysica van de gecondenseerde materie te krijgen. Het doel is om studenten stevige beheersing van deze aanpak via zorgvuldig geselecteerde voorbeelden en problemen. De cursus bevat wiskundige uitweiding in complexe calculus, de basis van de tweede kwantisatie, veld quantisatie, padintegraal beschrijving van kwantum statistische mechanica, eindige temperatuur perturbatietheorie, theorie van lineaire respons, basisprincipes van renormalisatie groep analyse en effectieve veld theorie. Het uiteindelijke project bestaat uit de theoretische beschrijving van één enkel elektron transistor via effectieve Ambegaokar-Eckern-Schoen actie. Cursussen in experimentele onderzoeksmethoden helpen studenten om een ​​idee te krijgen van materialen voor een toekomstige elementaire basis van kwantumelektronica, evenals over de mogelijkheden van meetmethoden: 1) spectroscopie, 2) tunnelingmicroscopie, 3) scanning-ionmicroscopie, 4) de nauwkeurigheid , gevoeligheid, lokaliteit en toepasbaarheid van verschillende meetmethoden voor de studie van nanomaterialen. Focus van de hoorcolleges zijn nieuwe materialen en moderne quantum-apparaten. Lijst van nieuwe materialen bestudeerd in de loop van het programma omvat: 1) grafeen en koolstof nanobuisjes 2) kwantummagneten - atomaire spin-keten 3) magnetische halfgeleiders - silicium gedoteerd met mangaan; 4) halfgeleidermaterialen op basis van vaste oplossingen van germanium in silicium 5) ongeordende media en fractale structuren - aerogels, korrelvormige geleiders, 6) zware fermionische metalen, de Kondo-halfgeleiders, 7) quasicrystals en structureel complexe thermionische materialen op basis van bismut telluride. Bestudeerde elektronische apparaten en apparaten omvatten: 1) tunnelcontact met atomaire afmetingen, 2) magnetische schakelaars op basis van manganieten met kolossale magnetoweerstand 3) Josephson-overgangen 4) die dioden en lasers emitteren voor de infrarode, zichtbare en ultraviolette fotodetectoren, transistoren. Bestudeerde productietechnologieën van quantum-sized materialen: 1) vloeibare fase-epitaxie, 2) moleculaire-bundel-epitaxie, 3) dampfase-epitaxie van organometallische verbindingen, 4) nanolithografie, 5) zelforganisatie van kwantumdraden en -stippen.

Toelating

Toelating tot de internationale masteropleidingen op MISiS staat open voor zowel Russische als internationale studenten. Gezien het feit dat alle klassen zullen worden uitgevoerd in het Engels, raden we aan dat niet-aangeboren sprekers van het Engels bereiken van een TOEFL-score van ten minste 525 (paper-based) of 200 (computer-based) voorafgaand aan de toelating. Voor het aanvragen van een tweejarige masteropleiding aan MISiS, moet de aanvrager een bachelor's degree in een gerelateerd veld te houden. Na de voltooiing van het programma van studie aan MISiS, zal de aanvrager een Russische staat diploma en een Europees Diploma Supplement ontvangen.

Toelating Deadline

De deadline voor het indienen van de aanvraag voor herfst 2018 is 10 augustus 2018 , maar we moedigen internationale studenten aan om aanvragen in te dienen vóór 20 juli 2018.

Laatst bijgewerkt op dec 2017

Keystone studiebeurs

Ontdek de mogelijkheden die onze studiebeurs u kan bieden

Over de school

With over 100 years of experience educating in the fields of scientific research, technology, and metallurgy, The National University of Science and Technology MISIS has a proud and distinguished hist ... Lees meer

With over 100 years of experience educating in the fields of scientific research, technology, and metallurgy, The National University of Science and Technology MISIS has a proud and distinguished history. Established in 1918, the University originated as the Department of Metallurgy in the Moscow Academy of Mines, and in the following decades has undergone several transformations before achieving its current designation as a national research university. Lees Minder