Bərk cisim fizikasıMövzu planı

Bu bölmədə bərk cisimlərin zona nəzəriyyəsinin əsasları, yarımkeçiricilərin zona quruluşunun xüsusiyyətləri və zona nəzəriyyəsinə əsasən bərk cisimlərin təsnifatı təqdim olunur. Həmçinin məxsusi və aşqarlı yarımkeçiricilərin elektrik xassələri, donor və akseptor aşqarlarının rolu, eləcə də aşqar enerji səviyyələrinin keçiriciliyə təsiri izah edilir.

Bu bölmədə bərk cisimlər fizikasının öyrənmə predmeti, maddənin kondensə olunmuş halının əsas xüsusiyyətləri, kristalların daxili quruluşu və simmetriya elementləri izah edilir. Həmçinin monokristal və polikristal materialların quruluş fərqləri, onların fiziki xassələrə təsiri və texniki tətbiq sahələri nəzərdən keçirilir.

Bərk cismin enerji diaqramı bərk maddədə elektronların enerji səviyyələrinin paylanmasını göstərir. Ayrı-ayrı atomların enerji səviyyələri qarşılıqlı təsir nəticəsində enerji zolaqlarına çevrilir. Əsas zolaqlar valentlik zolağı və keçiricilik zolağıdır. Bu zolaqlar arasındakı enerji fərqi qadağan olunmuş zona (band gap) adlanır.

Bərk cisimlərin və y\k elektrik xassələri.

Bu bölmədə ideal qazın cırlaşma (degenerasiya) şərti, onun yaranma səbəbləri və aşağı temperatur, yüksək sıxlıq şəraitində kvant effektlərinin rolu izah edilir. Həmçinin klassik və kvant qazlarının fərqləri nəzərdən keçirilir.

Bu bölmədə Fermi–Dirak paylanma funksiyası, elektronların enerji səviyyələri üzrə paylanma qanunauyğunluğu və temperaturun bu paylanmaya təsiri izah edilir. Fermi səviyyəsinin fiziki mənası da şərh olunur.

Bu bölmədə kovalent və metallik rabitələrin yaranma mexanizmi, onların elektron quruluşu və maddələrin fiziki xassələrinə təsiri izah edilir. Həmçinin bu iki rabitə növünün əsas fərqləri müqayisə olunur.

Bu bölmədə atomlararası itələmə qüvvələrinin yaranma səbəbləri, müxtəlif rabitə növlərinin müqayisəli xüsusiyyətləri və kristal quruluşunda rast gəlinən nöqtəvi, xətti və səthi defektlər izah edilir. Defektlərin materialların fiziki xassələrinə təsiri də nəzərdən keçirilir.

Bu mövzu ərzində semestr boyu öyrənilən nəzəri biliklər və praktik bacarıqlar sistemləşdirilir, ümumiləşdirilir və möhkəmləndirilir. Tələbələr kommunikativ tapşırıqlar, situasiya xarakterli çalışmalar, təqdimatlar, layihələr və müzakirələr vasitəsilə əldə etdikləri bilik və bacarıqları nümayiş etdirirlər. Yekun qiymətləndirməyə hazırlıq məqsədilə əsas mövzular təkrar edilir və inteqrativ yanaşma tətbiq olunur.

Kristal qəfəsinin dinamikası bərk cisimlərdə atom və ionların tarazlıq vəziyyəti ətrafında istilik təsiri ilə etdiyi rəqsi hərəkətləri öyrənir. Bu rəqslər fononlar vasitəsilə təsvir olunur və bərk cisimlərin istilik tutumu, istilikkeçirmə və digər istilik xassələrinin formalaşmasında mühüm rol oynayır.

Bərk cisimlərin istidən genişlənməsi temperatur artdıqda atomlararası məsafələrin böyüməsi nəticəsində cismin ölçülərinin artması hadisəsidir. Bu proses atomların istilik enerjisinin artması və kristal qəfəsində rəqslərinin güclənməsi ilə əlaqədardır. Genişlənmə xətti, səthi və həcm üzrə baş verə bilər.

Bərk cisimlərdə enerji spektri elektronların icazə verilən enerji səviyyələrini və enerji zonalarını xarakterizə edir. Valent və keçiricilik zonaları arasındakı enerji fərqi materialın elektrik və istilik xassələrini müəyyən edir. Metallar və yarımkeçiricilər istiliyi müxtəlif mexanizmlərlə ötürdüklərinə görə onların istilikkeçiricilik xüsusiyyətləri də fərqlənir.

İfratkeçiricilik müəyyən kritik temperaturdan aşağıda bəzi materialların elektrik müqavimətinin sıfıra enməsi və maqnit sahəsini öz daxilindən kənarlaşdırması (Meissner effekti) hadisəsidir. Bu hadisə ilk dəfə 1911-ci ildə aşkar edilmiş və bərk cisimlər fizikasının ən mühüm nailiyyətlərindən biri hesab olunur.

Yüksək temperaturlu ifratkeçiricilik 1986-cı ildə keramika əsaslı mis oksid (kuprat) birləşmələrində kəşf edilmişdir. Bu materiallar maye azot temperaturunda və ya ona yaxın temperaturlarda ifratkeçiricilik göstərdiyinə görə klassik ifratkeçiricilərdən fərqlənir və praktik tətbiqlər üçün daha əlverişlidir.

Bardin–Kuper–Şriffer (BCS) kvant nəzəriyyəsi 1957-ci ildə hazırlanmış və ifratkeçiriciliyin mikroskopik mexanizmini izah edən ilk uğurlu nəzəriyyədir. Bu nəzəriyyəyə görə, aşağı temperaturda elektronlar kristal qəfəsinin rəqsləri (fononlar) vasitəsilə qarşılıqlı təsirə girərək Kuper cütləri əmələ gətirir. Bu cütlər müqavimətsiz hərəkət etdiyindən elektrik cərəyanı enerji itkisi olmadan axır.

Cozefson kontaktı (diodu) iki ifratkeçiricinin çox nazik izolyator təbəqəsi ilə ayrılması nəticəsində yaranan quruluşdur. Bu kontaktda elektron cütləri (Kuper cütləri) kvant tunelləşməsi hesabına maneəni keçə bilir. Stasionar Cozefson effekti isə kontakta gərginlik tətbiq edilmədikdə belə, müəyyən kritik qiymətə qədər itkisiz sabit cərəyanın axması hadisəsidir.

Bu seminar mövzusunda bərk cisimlərin zona nəzəriyyəsinə əsasən keçiricilər, yarımkeçiricilər və dielektriklər kimi təsnifatı, məxsusi və aşqarlı yarımkeçiricilərin xüsusiyyətləri, donor və akseptor aşqarlarının elektron quruluşuna təsiri, həmçinin aşqar enerji səviyyələrinin yaranması və onların elektrik keçiriciliyinin formalaşmasındakı rolu öyrənilir.

Maliyyənin zəruriliyi və funksiyaları. Maliyyə sistemi. Dövlət büdcəsi. Büdcə kəsiri: səbəbləri və tənzimlənməsi. Vergilərin mahiyyəti, növləri və funksiyaları.

Bu məşğələdə bərk cisimlər fizikasının predmeti, kristallik qəfəs anlayışı və kristalların quruluşunun əsas xüsusiyyətləri öyrənilir. Kristal qəfəsinin elementləri, kristal sistemləri, atomların fəzada nizamlı düzülüşü və kristal quruluşunun bərk cisimlərin fiziki xassələrinə təsiri nəzərdən keçirilir.

Bu məşğələdə kristal qəfəs anlayışı, onun əsas elementləri, düz (real) və tərs (qarşılıqlı) qəfəslərin quruluşu və xüsusiyyətləri öyrənilir. Düz qəfəsdə atomların fəzada periodik düzülüşü, tərs qəfəsdə isə kristalın difraksiya və dalğa xassələrinin təsviri izah edilir. Bu anlayışların kristalloqrafiya və bərk cisimlər fizikasındakı tətbiqləri nəzərdən keçirilir.

Bu məşğələdə bərk cisimlərin əsas istilik xassələri, o cümlədən istilik tutumu, istilikkeçiricilik və istilik genişlənməsi öyrənilir. Kristal qəfəsinin rəqsləri (fononlar) və onların istilik proseslərində rolu, həmçinin temperaturun materialların istilik xassələrinə təsiri izah edilir

Bu məşğələdə bərk cisimlərin əsas mexaniki xassələri – elastiklik, plastiklik, möhkəmlik, sərtlik, kövrəklik və deformasiya prosesləri öyrənilir. Mexaniki yüklənmənin kristal quruluşa təsiri və materialların mexaniki davranışını müəyyən edən amillər izah edilir.

Bu məşğələdə bərk cisimlərin elektrik xassələri, elektrik keçiriciliyi, xüsusi müqaviməti, yükdaşıyıcıların hərəkəti və elektrik sahəsinin materiallara təsiri öyrənilir. Materialların zona quruluşu ilə elektrik xassələri arasındakı əlaqə, həmçinin keçiricilər, yarımkeçiricilər və dielektriklərin xüsusiyyətləri izah edilir.

Bu məşğələdə dielektriklərin fiziki xassələri, elektrik qütbləşməsi, dielektrik nüfuzluğu, dielektrik itkiləri və elektrik sahəsində davranışı öyrənilir. Müxtəlif növ dielektriklərin xüsusiyyətləri və onların elektronika və elektrotexnikada tətbiqi izah edilir.

Bu məşğələdə bərk cisimlərin optik xassələri, işığın maddə ilə qarşılıqlı təsiri, udulma, əks olunma, sınma, dispersiya və lüminessensiya hadisələri öyrənilir. Materialların zona quruluşunun optik xüsusiyyətlərə təsiri və optik materialların tətbiq sahələri izah edilir.

Bərk cismin termoelektrik xassələri temperatur fərqinin elektrik gərginliyi yaratması və elektrik cərəyanının istilik mübadiləsinə səbəb olması ilə xarakterizə olunur. Bu xassələr Zebek, Peltier və Tomson effektləri ilə izah edilir və əsasən yarımkeçiricilərdə daha aydın müşahidə olunur.

Kristallarda defektlər kristal qəfəsinin ideal quruluşundan yaranan pozuntulardır. Defektlər materialın mexaniki, elektrik və istilik xassələrinə təsir göstərir. Əsas növləri nöqtəvi defektlər (vakansiya, aşqar atomu), xətti defektlər (dislokasiyalar), səthi defektlər (taxıl sərhədləri) və həcm defektləridir.

İfratkeçiricilik bəzi materiallarda kritik temperaturdan aşağı elektrik müqavimətinin sıfıra enməsi və maqnit sahəsinin materialdan sıxışdırılıb çıxarılması ilə xarakterizə olunan hadisədir. İfratkeçirici materiallara metallar, ərintilər və yüksək temperaturlu keramika əsaslı ifratkeçiricilər daxildir. Keramik ifratkeçiricilər maye azot temperaturunda işləyə bildiyi üçün praktik tətbiqlərdə geniş istifadə olunur. Cozefson effekti isə iki ifratkeçiricinin nazik izolyator təbəqəsi vasitəsilə ayrıldığı kontakt boyunca cərəyanın müqavimətsiz keçməsi hadisəsidir.

Yüksək temperaturlu ifratkeçiricilik 1986-cı ildə keramika əsaslı mis oksidli materiallarda kəşf edilmişdir. Bu materiallar ənənəvi ifratkeçiricilərlə müqayisədə daha yüksək kritik temperaturda ifratkeçiricilik göstərir. Onların analizi kristal quruluşunun, kritik temperaturun, elektrik və maqnit xassələrinin öyrənilməsinə əsaslanır.

Bardin–Kuper–Şiriffer (BCS) kvant nəzəriyyəsi ifratkeçiriciliyin yaranmasını elektronların fononların təsiri ilə Kuper cütləri əmələ gətirməsi ilə izah edir. Bu cütlər kristal qəfəsində müqavimətsiz hərəkət edir və nəticədə elektrik müqaviməti sıfıra enir. BCS nəzəriyyəsi ifratkeçiriciliyin əsas mexanizmini izah edən fundamental kvant nəzəriyyəsidir.

Cozefson kontaktı (diodu) nazik izolyator təbəqəsi ilə ayrılmış iki ifratkeçiricidən ibarətdir. Bu quruluşda elektronların Kuper cütləri tunelləşmə yolu ilə izolyatoru keçərək cərəyan yaradır. Stasionar Cozefson effekti xarici gərginlik tətbiq edilmədən kontakt boyunca sabit ifratkeçirici cərəyanın axması hadisəsidir.