Bachelor 2024/2025

Actual problems of modern physics

Type: Compulsory course (Physics)

Area of studies: Physics

Delivered by: Faculty of Physics

Where: Faculty of Physics

When: 3 year, 4 module

Mode of studies: offline

Open to: students of one campus

Instructors: Драчев Владимир Прокопьевич, Nikolay Aleksandrov

Language: English

ECTS credits: 3

Course Syllabus

Abstract

The course Nanophotonics aims to develop an understanding of optical phenomena at the nanometer scale, i.e. in the region of the diffraction limit and beyond. The elements that make up the subject matter of the course are usually scattered across different disciplines. Nano-optics and photonics draws on classical optics, quantum optics and spectroscopy. In the presence of spatial inhomogeneities, the Rayleigh limit of light localization loses its strictness. Unlimited localization of light becomes possible, at least theoretically. The course includes basic theoretical ideas, multiphoton microscopy, interaction of light with nanoscale systems, optical interaction between nanosystems, and resonance phenomena such as localized surface plasmons, surface plasmon polaritons and micro-resonators. After completing the course, students will have a general understanding of the current state of the art with a special emphasis on new trends in metamaterials, plasmonics and integrated photonics. In addition, students will have the opportunity to improve their analytical skills by solving various mathematical problems in nano-optics within the framework of field theory.

Learning Objectives

• - формирование у студентов профессиональных компетенций в области физики плазмы; - становление у студентов понятийного аппарата в области физики плазмы - обучение студентов известным методам решения задач и описания процессов, происходящих в низкотемпературной плазме - развитие умения подготовки презентации на основе анализа научной литературы по плазменным технологиям на английском языке, а также умения устно докладывать результаты работы на английском языке и отвечать на вопросы в режиме реального времени.

Expected Learning Outcomes

• Able to demonstrate basic knowledge of thermodynamics of low-temperature plasma and hydrodynamics of low-temperature plasma
• Demonstrates knowledge of scattering of particles in plasma
• Can explane methods of plasma generation and modern plasma applications

Course Contents

• Key points of Maxwell’s equations. Physics of metals, oxides, and semiconductors. Models of permittivity Drude-Lorentz-Sommerfeld
• Wave equation. Optical properties of metal and nanoparticles, plasmon resonance condition
• Localized surface plasmons. Optical modes at the boundary between metal and dielectric
• Propagated surface plasmon polaritons
• Dimers and core-shell nanoparticles. Nanostructured building blocks of optical metamaterials
• Fresnel formulas and coefficients for materials with arbitrary permittivity and permeability. Total internal reflection. Near fields and evanescent waves
• Integrated photonics. Slab waveguide
• Integrated Photonics. Rectangular Waveguides
• Microring resonators in integrated silicon photonics
• Fundamentals of plasma.
• Thermodynamics of low-temperature plasma
• Hydrodynamics of low-temperature plasma.
• Scattering of particles in plasma.
• Kinetics of low-temperature plasma
• Electrical breakdown of gases and plasma decay
• Methods of plasma generation and modern plasma applications
• Lonization kinetics and kinetics of active species in plasma

Assessment Elements

• Экзамен
  Экзамен проводится в устной форме в конце 4 модуля. Экзаменационный билет включает 1 вопрос; при ответе также будут задаваться короткие вопросы по всему курсу.
• Контрольные вопросы
  Контрольные вопросы в конце или после каждого занятия. Ответы надо давать не позже следующего дня после дня занятия.
• Контрольная работа
  Контрольная работа в формате решения задач проводится после 5 занятий.
• Доклад
  Реферативные доклады по современным плазменным технологиям делаются студентами на английском языке во время проведения занятий. После этого на том же языке проводится обсуждение темы доклада. При подготовке докладов студенты детально знакомятся с их темой и готовят соответствующую презентацию.

Interim Assessment

• 2024/2025 4th module
  0.3 * Доклад + 0.2 * Контрольная работа + 0.1 * Контрольные вопросы + 0.4 * Экзамен

Bibliography

Recommended Core Bibliography

• Belmont, G., Rezeau, L., Riconda, C., & Zaslavsky, A. (2019). Introduction to Plasma Physics. London, UK: ISTE Press - Elsevier. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1951640
• Основы физики плазмы, Голант, В. Е., 1977

Recommended Additional Bibliography

• James E. Drummond. (2013). Plasma Physics. [N.p.]: Dover Publications. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1150661

Authors

• Drachev Vladimir Prokopevich
• PANKRATOVA ELENA IGOREVNA
• PONOMAREV ALEKSANDR ALEKSANDROVICH