Воронов В.К., Подоплелов А.В., Сагдеев Р.З. Физика на переломе тысячелетий. Физические основы нанотехнологий

М.: Либроком, 2011. — 432 с. — ISBN 978-5-9710-9669-6, 5971096699.В настоящем учебнике излагаются физические основы нанотехнологий. Книга состоит из трех относительно самостоятельных частей. Первая часть посвящена рассмотрению физических явлений и описывающих их законов и положений, относящихся к плазменному состоянию вещества. Также изучается еще один раздел, имеющий принципиальное значение для создания нанотехнологий, - область физики, связанная с конденсированным состоянием вещества в наномасштабных областях пространства. Имеются в виду наноструктуры как таковые, а также входящие в состав макрообразцов, прежде всего у поверхности твердых тел.
Основополагающие идеи, относящиеся к физике микро- и наномира материальных тел, находящихся в твердом и жидком состояниях, нашли отражение во второй части учебника. В третьей части излагаются новые теоретические и экспериментальные методы исследования многоэлектронных систем.
В написании учебника широко использовался материал обзорных статей, опубликованных в журнале "Успехи физических наук".
Книга предназначена для студентов старших курсов, обучающихся по направлениям, готовящим инженерно-технических работников промышленных производств, а также научных сотрудников для научно-исследовательских организаций. Она может использоваться и для других специальностей естественно-научного и технического направления обучения в вузах, где читаются курсы, связанные с физическими явлениями материального мира нано- и микромасштабов; будет также полезна преподавателям соответствующих дисциплин и всем, кто увлекается физикой и интересуется ее современным состоянием.Предисловие авторов.
Плазменное состояние вещества.
Кластерная плазма.
Условия существования кластерной плазмы.
Неустойчивость кластеров в однородном паре.
Химическое равновесие в кластерной плазме.
Условия образования кластеров в неоднородном паре.
Стабильность заряженных кластеров.
Зарядка кластеров и малых частиц в плазме.
Зарядка с участием электронов и ионов плазмы за счет процессов переноса.
Зарядовое распределение частиц в плазме.
Ионизация кластеров в плазме.
Процессы в кластерной плазме.
Рост кластеров в кластерной плазме.
Излучение кластеров.
Тепловое равновесие кластеров в плазме.
Кластерная плазма в источниках света.
Методы генерации кластеров.
Основные выводы.
Магнетронная плазма.
Описание магнетронного разряда.
Принципы магнетронного разряда.
Магнетронная камера.
Диагностика магнетронной плазмы.
Атомная микроскопия.
Рентгеновские методы исследования.
Видимая, УФ- и ИК-спсктроскопия.
Диагностика заряженных частиц в плазме.
Основные выводы.
Применение кластеров.
Кластерные пучки для производства тонких пленок и других материалов.
Напыление кластеров на поверхность.
Основные выводы.
Фемтосекундное возбуждение кластерных пучков.
Лазерное облучение кластерных пучков.
Рентгеновское излучение кластерной плазмы при фемтосекундном возбуждении.
Фемтосекундная кластерная плазма как генератор нейтронов.
Основные выводы.
Неидеальная плазма.
Мощные ускорители частиц.
Генерация экстремальных состояний материи с помощью интенсивных ионных пучков.
Адронная терапия с использованием пучков от ускорителей.
Основные выводы.
Пылевая плазма.
Элементарные процессы в пылевой плазме.
Зарядка пылевых частиц в плазме.
Электростатический потенциал вокруг пылевой частицы.
Основные силы, действующие на пылевые частицы в плазме.
Взаимодействие между пылевыми частицами в плазме.
Образование и рост пылевых частиц.
Неидеальность пылевой плазмы и фазовые переходы.
Теоретические подходы к описанию свойств неидеальной пылевой плазмы.
Экспериментальное исследование фазовых переходов.
Пылевые кластеры в плазме.
Исследования свойств пылевой плазмы в условиях невесомости.
Линейные волны и неустойчивости в пылевой плазме.
Ионнозвуковые и пылезвуковые колебания.
Волны в неидеальной пылевой плазме.
Возможные приложения пылевой плазмы.
Основные выводы.
Лазерная плазма.
Генерация быстрых электронов в лазерной плазме.
Генерация быстрых протонов и ионов в лазерной плазме.
Магнитные поля лазерной плазмы.
Генерация высших гармоник лазерного излучения.
Основные выводы.
Литература к части 1.
II Конденсированное состояние.
Оптические свойства наноматериалов.
Модели эффективной среды.
Формирование нанокомпозитных сред.
Двулучепреломление в наноструктурированных полупроводниках и диэлектриках.
Основные выводы.
Оптические свойства микроструктурированных световодов.
Свойства микроструктурированных световодов.
Оптические устройства на основе микроструктурированных световодов.
Основные выводы.
Физические свойства углеродных нанотрубок и материалов на их основе.
Структура и свойства нанотрубок.
Структура однослойных нанотрубок.
Электронные свойства нанотрубок.
Автоэлектронная эмиссия углеродных нанотрубок.
Упругие свойства углеродных нанотрубок.
Электромеханические свойства углеродных нанотрубок.
Материалы и композиты на основе углеродных нанотрубок.
Материалы из нанотрубок.
Полимеры и композитные материалы на основе углеродных наноструктур.
Нанотехнологические применения углеродных нанотрубок.
Основные выводы.
Эффекты размерного квантования в наноструктурах.
Закономерности формирования поверхностных наноструктур германия и кремния.
Образование островков германия на окисленной поверхности кремния.
Рост кремния на окисленной поверхности кремния.
Излучательные свойства наноструктур германия и кремния.
Основные выводы.
Теплопередача и бесконтактное трение между наноструктурами.
Радиационная передача тепла.
Бесконтактное трение.
Основные выводы.
Особенности электронного строения металлических нанокластеров.
Энергетические оболочки нанокластеров.
Парная корреляция и свойства кластеров.
Основные выводы.
Наноструктуры на основе атомной огттики.
Атомная фабрикация наноструктур на основе бегущих и стоячих световых волн.
Атомная фабрикация наноструктур на основе лазерных нанополей.
Основные выводы.
Структура и свойства нанокомпозитных покрытий.
Нанокомпознтные покрытия с повышенной твердостью.
Сверхтвердые нанокомпозиты.
Перспективы применения нанокомпозитных покрытий.
Основные выводы.
Упорядоченные молекулярные материалы.
Жидкие кристаллы.
Основные определения и свойства нематических жидких кристаллов.
Эффекты бистабильного электрооптического переключения.
Оптика и фотоника пространственно-периодических жидкокристаллических структур.
Взаимодействие и самоорганизация топологических включений в смектических пленках.
Основные выводы.
Электропроводящие полимеры.
Электропроводимость полимеров.
Электропроводящие полимеры на основе лифенилфталида.
Основные выводы.
Трекообразование и дефектообразование в конденсированных средах.
Формирование и эволюция треков заряженных частиц в конденсированных средах.
Развитие представлений о треках заряженных частиц.
Природа основных процессов взаимодействия заряженной частицы со средой.
Структура треков тяжелых ионов различной природы.
Радиационно-химические реакции в треках.
Модели образования латентных треков.
Основные выводы.
Радиационно-динамические эффекты в метастабильных средах.
Распределение дефектов при облучении веществ ионизирующим излучением.
Распространение послекаскадных ударных волн в стабильных и метастабильных средах.
Обработка материалов с использованием радиационно-индуцированных эффектов.
Основные выводы.
Селективное удаление атомов под действием ионного облучения.
Экспериментальные методы селективного удаления атомов.
Природа процесса селективного удаления атомов.
Основные выводы.
Литература к части 2.
Теоретические и экспериментальны е методы исследования многоэлектронных систем.
Описание многочастичных аспектов коллективных электронных явлений.
Материалы с сильными электронными корреляциями.
Электронная структура сильнокоррелированных систем.
Особенности электронного строения d- и f-систем.
Основные выводы.
Коллективные электронные явления в графене.
Основные положения зонной теории графена.
Квантовый эффект Холла в графене.
Спаривание в электронно-дырочном бислое.
Основные выводы.
Низкоразмерные эффекты в наноструктурах.
Физические процессы в магнитных наноструктурах, индуцируемые спин-поляризационным током.
Основные выводы.
Плазмонные колебания в наночастицах.
Основные выводы.
Фононный аналог эффекта Фано в низкоразмерных наноструктурах.
Многоканальное рассеяние акустических фононов на двумерном дефекте кристалла.
Рассеяние акустических фононов в квазиодномерном волноводе с поверхностными фононными отводами.
Многоканальное рассеяние фотонов на двумерных наноструктурах.
Основные выводы.
Основы теории квантовых фазовых переходов.
Тепловые и квантовые флуктуации.
Квантовые фазовые переходы.
Основные выводы.
Феноменологические теории в многочастичных задачах.
Феноменологическое описание метаматериалов.
Формулы смешения.
Среды с отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями.
Основные выводы.
Упругие свойства квазикристаллов.
Икосаэдричсская система.
Декагонапьная система.
Основные выводы.
Кластеры и фазовые переходы.
Структура твердых кластеров.
Фазовые переходы в простых системах связанных атомов.
Конфигурационное возбуждение кластеров с парным взаимодействием.
Основные выводы.
Новые спектральные методы исследования вещества.
Рентгеновская оптика преломления.
Классификация устройств рентгеновской оптики.
Основные положения рентгеновской оптики преломления.
Приложения преломляющей оптики.
Основные выводы.
Позитронная аннигиляционная спектроскопия.
Теория метода.
Экспериментальные методы позитронной спектроскопии.
Основные выводы.
Литература к части 3.