Курс общей физики для студентов химического факультета

Курс теоретической и квантовой механики

Филиал МГУ в городе Баку

Темы курсовых работ для студентов 2 курса физического факультета

Процесс развития науки – если описать его в самых общих чертах – начинается с появления множества отдельных, не связанных между собой областей знания. Позже началось объединение областей знания в более крупные комплексы, а по мере их расширения снова проявила себя тенденция к специализации. Технологии же всегда развивались взаимосвязано, и, как правило, прорывы в одной области были связаны с достижениями в других областях. При этом развитие технологий обычно определялось в течение длительных периодов каким-либо одним ключевым открытием или прогрессом в одной области. Так, можно выделить открытие металлургии, использование силы пара, открытие электричества и т.п.

Сегодня же, благодаря ускорению научно-технического прогресса, мы наблюдаем пересечение во времени целого ряда волн научно-технической революции. В частности, можно выделить идущую с 80-х годов XX столетия революцию в области информационных и коммуникационных технологий , последовавшую за ней биотехнологическую революцию , недавно начавшуюся революцию в области нанотехнологий . Также нельзя обойти вниманием имеющий место в последнее десятилетие бурный прогресс развития когнитивной науки .

Особенно интересным и значимым представляется взаимовлияние информационных технологий, биотехнологий, нанотехнологий и когнитивной науки. Данное явление, не так давно замеченное исследователями, получило название НБИК-конвергенции (по первым буквам областей: Н -нано; Б -био; И -инфо; К -когно).

В Президентской инициативе «Стратегия развития наноиндустрии» отмечается, что революционные изменения, связанные с внедрением нанотехнологий, приведут к резкому уменьшению потребности в неквалифицированных видах труда, предъявят новые требования к системе образования. Междисциплинарный подход будет постепенно приходить на смену отраслевому, что сформирует условия для подготовки специалистов с системным мышлением – лидеров, способных воспринимать нанотехнологию как сплав индустрии, науки, экономики и духовной организации общества.

Идеальной площадкой для междисциплинарной подготовки специалистов, магистров, аспирантов и докторантов являются классические университеты и, в первую очередь, Московский университет, располагающий полным спектром естественно-научных и гуманитарных факультетов.

Не вызывает сомнения, что теоретический анализ явлений, происходящих в нанообъектах, осуществляется на основе физических представлений. Более того, экспериментальное исследование состава, структуры и свойств наносистем выполняется в значительной степени физическими методами. Поэтому представлялось целесообразным в первую очередь сформировать программу курсов, в которой основным будет физическое содержание.

Вместе с тем большинство искусственных наносистем создается посредством химических и биологических технологий. Более того, живые организмы в качестве структурных элементов содержат нанообъекты, такие как белки, ДНК и др. Поэтому в программу подготовки были введены курсы химического и биологического содержания, включая понятие о когнитивных науках.

С учетом высокой базовой подготовки студентов физического факультета МГУ в области информационных технологий программа специальных курсов, читаемых на кафедре, по сути закладывает основы научной идеологии взаимоувязанных нано-, био-, инфо- и когнитивных технологий (НБИК технологий).

Студенты, обучающиеся на кафедре, получают возможность выполнять исследования как в отлично оснащенных лабораториях кафедры, так и на уникальном оборудовании РНЦ «Курчатовский институт».

На кафедре общей физики и молекулярной электроники уже в течение четырех лет реализуется программа междисциплинарной подготовки в области наносистем. Программа состоит из четырех блоков:

• Фундаментальные аспекты нанонауки;
• Нанодиагностика;
• Химические и физические методы создания наносистем;
• Введение в нанобио и когнитивные технологии.

ФУНДАМЕНТАЛЬННЫЕ АСПЕКТЫ НАНОНАУКИ

Главная цель данного блока снабдить студентов знанием основ квантовой теории твердого тела и наносистем, оптики низкоразмерных систем, молекулярной электроники, наномагнетизма, а также подходов многоуровневого моделирования наносистем.

Блок состоит из следующих курсов:

•  Физика конденсированного состояния вещества
•  Физика наносистем
•  Физические явления на поверхности твердого тела
•  Оптика твердого тела и систем пониженной размерности
•  Квантовая химия и теория строения молекул
•  Основы многоуровневого моделирования наносистем
•  Введение в физику полупроводников
•  Поверхностные явления в доменных структурах и фазовые переходы
•  Физика магнитных наноструктур

НАНОДИАГНОСТИКА

Главная цель этого блока дать представление студентам о современных методах исследования нано- и биосистем и обеспечить возможность практических занятий на оборудовании, соответствующем уровню лабораторий ведущих университетов развитых стран. Основная часть аналитического оборудования расположена в лабораториях кафедры. Помимо этого студенты получают опыт работы на самом современном технологическом оборудовании, а также на таких мега-установках, как специализированные источники синхротронного излучения и нейтронов, в РНЦ «Курчатовский институт».

Блок состоит из следующих курсов:

• Электронная микроскопия и ионная спектроскопия
• Рентгеноструктурный анализ наносистем
• Радио и ИК спектроскопия твердотельных систем пониженной размерности
• Зондовая локальная микроскопия и спектроскопия
• Методы элементного анализа твердых тел
• Оптические методы диагностики нанасистем

ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ НАНОСИСТЕМ

Главная цель этого блока снабдить студентов знанием по современным химическим и физическим методам создания наносистем, а также опытом работы на соответствующих технологических установках. Часть технологических операций может быть выполнена на кафедре. Опыт работы на наиболее совершенных технологических установках можно получить в РНЦ «Курчатовский институт», где создан новый комплекс, включающий чистые комнаты и полный набор оборудования для создания наноустройств, в том числе и гибридных. Это установки электронной и рентгеновской литографии, молекулярно-лучевой эпитаксии, ионных фокусированных пучков, лазерной абляции и др.

Блок состоит из следующих курсов:

• Химические и электрохимические методы формирования наночастиц;
• Физические основы молекулярной электроники
• Нанотехнологии в сенсорах для молекулярного анализа.
• Современные лазерные технологии
• Наногетероструктурная электроника

ВВЕДЕНИЕ В НАНОБИО И КОГНИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Главная цель этого блока дать студентам представления о той части биологии, которая анализирует такие нанообъекты, как белки, ДНК и др, а также о нейрофизиологических и гуманитарных основах когнитивных наук.

Блок состоит из следующих курсов:

• Молекулярная биология и генная инженерия
• Динамика и функционирование нанобиоструктур
• Основы когнитивных наук.