Массивные вычисления и компьютерное моделирование в современной физике

Цели и задачи дисциплины

получение фундаментальных знаний в области физики и методов компьютерного моделирования конденсированных состояний материалов, углубленных представлений об электронной и атомно-кристаллической структуре конденсированных тел, и их физических свойствах (электронных, магнитных, механических, оптических, тепловых и др.), взаимосвязи между атомно-электронной структурой, составом и различными физическими свойствами материалов, а также методах определения физических свойств и оценки функциональных характеристик материалов, Кроме того, освоение дисциплины должно способствовать формированию профессиональных компетенций, определяемых профилем программы аспирантуры.

Краткое содержание дисциплины

Строение вещества. Электронная структура атомов.Химическая связь и ближний порядок. Электронные свойства твердых тел. Основные приближения зонной теории. Суть и границы применимости адиабатического приближения в разделении электронного и ядерного движений в кристалле, самосогласованных методов Хартри и Хартри-Фока, циклических граничных условий Борна-Кармана, изучение общих свойств электронов в периодическом поле, приближения почти свободных электронов и сильной связи, принципов построения поверхности Ферми в металлах, приближения эффективной массы в законе дисперсии. Математическое описание колебаний решётки с применением нормальных координат и обобщенных импульсов, гармонического приближения, динамической матрицы, связь закона дисперсии колебаний со структурой и размерностью кристаллической решётки, квантование колебаний. Идеи Ландау об элементарных возбуждениях, квазичастицах. Теоретические основы первопринципных и полуэмпирических методов моделирования атомной и электронной структуры конденсированных систем. Методика применения существующих пакетов компьютерного моделирования (WIEN-2k,SIESTA, LAMMPS) для расчетов структуры, электронных, колебательных и термодинамичсеких характеристик материалов. Теория функционала плотности (ТФП). Методы расчета энергетического спектра электронов в твердых телах. Применение современных пакетов расчета полной энергии кристалла в рамках ТФП для расчета различных характеристик материалов ( энергия точечных и плоских дефектов структуры, спектры колебаний решетки, электронные, магнитные и тепловые свойства твердых тел).

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ПК-2.1 умением проводить теоретическое и экспериментальное исследование природы кристаллических и аморфных, неорганических и органических веществ в твердом и жидком состояниях и изменение их физических свойств при различных внешних воздействиях
ПК-3.1 умением проводить исследования физических явлений, составляющих основу для разработок и создания новых электронных приборов и устройств