7M05311 Физика перспективных, новых функциональных материалов в ЮКГУ им. М. Ауезова

Дисциплины

• Избранные главы курса атомной и ядерной физики

  Цель: овладение основными методами атомных и ядерных физических исследований, усвоение ее методов для использования их в профессиональной деятельности. Содержание: Основные законы и явления микромира, особенности многоэлектронных атомов и молекул, взаимодействие излучения и вещества, основные методы атомных и ядерных физических исследований. Методы решения задач из области атомной и ядерной физики. Оценочные и инженерные расчеты результатов ядерных превращений.

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 4
  

• Методика преподавания профильных дисциплин

  Цель: формирование представлений о методических основах преподавания физико-технических дисциплин в высшей школе с использованием современных образовательных технологий Содержание: Планирование и проведение учебных занятий с учетом специфики прикладной и экспериментальной физики, использование научно обоснованных методов и средств обучения физике, научно-методический анализ разделов прикладной и экспериментальной физики. Пути реализации современных технологий в обучении, их выбор и проектирование в зависимости от возрастных возможностей обучающихся и содержания изучаемого материала.

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 5
  

• Педагогика и психология высшей школы

  Цель: формирование у магистрантов навыков и способностей эффективной организации профессионально-педагогической деятельности в вузе на основе современных психолого-педагогических знаний. Содержание курса: Современные парадигмы высшего образования. История, тенденции и стратегии развития высшего образования в Казахстане. Предмет, задачи, категории педагогики и психологии высшей школы. Методологические основы педагогики и психологии высшей школы. Профессиональная компетентность преподавателя вуза. Коммуникативные компетенции преподавателя вуза. Дидактика высшей школы. Психологические особенности студенческого возраста. Процесс обучения в вузе и его закономерности. Содержание образования в вузе. Формы организации учебного процесса в вузе. Технологии организации и реализации учебно-воспитательного процесса в вузе. Особенности кредитной системы обучения. Методика и методы преподавания.

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 5
  

• Психология управления

  Цель: формирование знаний современных направлений, актуальных проблем и методов развития психологии, навыков системного анализа психологических явлений. объяснение современных тенденции научного управления Содержание: Психологические теории и методы управления, современные тенденции научного управления. Методологический анализ проблемы психологии личности, психологические особенности личности, методы управления с учетом психологических закономерностей. Процессы управленческой деятельности, психологические знания и умение в контексте их применения в практике самопознания, общения, профессионального и личностного роста.

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 3
  

• Физические основы материаловедения

  Цель: ознакомление с физическими основами материаловедения, применяемых в различных технических отраслях, и методами определения физических свойств материалов. Содержание: Электронные и атомно-кристаллические структуры твердых тел, структурно-фазовые превращения, физические свойства (электрические, магнитные, механические и др.) проводниковых, полупроводниковых и диэлектрических материалов. Взаимосвязи между атомно-электронной структурой, составом и различными физическими свойствами материалов, применяемых в различных технических отраслях. Поведение твердых тел в широком диапазоне температур и давлений. Методы определения физических свойств и оценки функциональных характеристик материалов.

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 4
  

• История и философия науки

  Цель: формирование объективного представления об истории и философии науки на основе глубокого понимания и научного анализа основных этапов, закономерностей современных методов научного познания. Содержание: Основные закономерности развития и функционирования науки, философско-методологические основания современных методов научного познания. Методологический аппарат современной истории и философии науки. Формирование научно-методологического мировоззрения на основе знания особенностей современной науки. Актуальные проблемы истории и философии науки, умения активного использования полученных знаний по истории и методологии в научных исследованиях.

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 4
  

• Избранные главы физики полупроводников

  Цель: ознакомление с теориями и методами современной физики полупроводников и диэлектриков используемых в электронике и в оптоэлектронике. Содержание: Современные физические методы исследования основных электрофизических и оптических свойств полупроводниковых материалов, используемых в электронике, в том числе и в оптоэлектронике. Перспективы развития физики полупроводников для решения задач производства современной электронной и оптоэлектронной техники. Возможности технологий микро- и наноэлектроники в управлении свойствами полупроводниковых материалов.

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 4
  

• Избранные главы физики твердого тела

  Цель: изучение избранных глав, законов и теории физики твердого тела, методов их физических исследований. Содержание: Фундаментальные понятия, законы и теории физики твердого тела. Методы теоретических подходов в описании и изучении явлений в твердых телах и методы их физических исследований. Методы обработки полученных данных. Взаимосвязь между структурой, условиями образования и свойствами перспективных кристаллических материалов, а также результаты теоретических и экспериментальных исследований.

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 4
  

• Иностранный язык (профессиональный)

  Цель: формирование межкультурно-коммуникативной компетенции магистрантов в процессе иноязычного образования на достаточном уровне, представление научной информации в разных сферах коммуникации, приемы аннотирования, реферирования и перевода литературы по специальности. Содержание: Общенаучная, специальная терминология, грамматический материал, достаточный для реализации устной и письменной коммуникации при деловом и профессиональном общении, методами устной, письменной и электронной коммуникации на английском языке. Стилистические особенности устного и письменного научного дискурса, рациональные приёмы работы с текстами. Правила представления научной информации в разных сферах коммуникации

  Год обучения - 1
  Семестр - 1
  Кредитов - 4
  

• Избранные главы квантовой физики

  Цель: познакомить обучающихся с современными концепциями и методами квантовой физики и развить навыки их применения для решения реальных физических задач. Содержание: излагаются основополагающие принципы современной квантовой теории; основные положения канонического и фейнмановского подходов к квантовой теории; парадокс Эйнштейна, Подольского и Розена и квантовый парадокс Зенона, способы квантового описания систем многих частиц, применение этих методов для решения прикладных задач физики и квантовой информатики; применение концепции элементарных возбуждений для описания основных характеристик явлений сверхтекучести, сверхпроводимости и магнетизма.

  Год обучения - 1
  Семестр - 2
  Кредитов - 5
  

• Квантовые методы моделирования материалов

  Цель: развить у магистрантов навыки применения квантово-механических методов для расчета и прогнозирования свойств функциональных материалов. Содержание: Углубляет прикладную квантовую физику в контексте материаловедения, изучаются основы теории функционала плотности (DFT), квазичастицы, зонная структуру, модель Хартри-Фока и приближения Бора-Оппенгеймера. Осваиваются численные методы и работа с программным обеспечением (Quantum ESPRESSO, VASP и др.) для анализа электронной структуры, стабильности и реакционной способности материалов.

  Год обучения - 1
  Семестр - 2
  Кредитов - 5
  

• Квантовые вычисления, квантовая и нелинейная оптика

  Цель: познакомить обучающихся с основами и возможностями двух быстро развивающихся областей науки: квантовые вычисления и квантова оптика, а также с решениями и приложениями, связанными с этими передовыми направлениями. Содержание: излагаются тенденции развития квантовых технологий, методы анализа и методы описания квантовых систем, основные разделы квантовой теории информации и их применение в области квантовых технологий, физические основы квантовых технологий, современные подходы к созданию систем квантовой обработки информации; рассматриваются способы создания ультракоротких импульсов и определения их основных параметров, технологическое применение лазеров и нелинейной оптики; оцениваются перспективы развития технологии в области лазерной физики.

  Год обучения - 1
  Семестр - 2
  Кредитов - 6
  

• Компьютерное моделирование и инжиниринг новых материалов

  Цель: познакомить обучающихся с современными методами разработки и исследования новых материалов с помощью компьютерных технологий. Содержание: излагаются современные методы моделирования свойств материалов, теоретические основы методов моделирования, их преимущества и недостатки, основы высокопроизводительных вычислительных систем и квантовомеханического описания молекулярных систем; физические основы и квантово-химическое описание расчетов оптических спектров, физические основы и квантово-химическое описание расчетов параметров ЭПР и ЯМР спектров; оценивается время- и ресурсозатратность различных методов моделирования; приводятся теоретические расчеты оптических спектров, использующие неэмпирические методы и метод DFT, а также теоретические расчеты параметров ЭПР и ЯМР спектров.

  Год обучения - 1
  Семестр - 2
  Кредитов - 5
  

• Программные средства обработки экспериментальной информации

  Цель: познакомить обучающихся с различными современными программными инструментами и методами для обработки, анализа и интерпретации данных, полученных в ходе экспериментальных исследований. Содержание: излагаются методы обработки данных, цели и задачи обработки экспериментальной информации, виды данных, этапы обработки данных; основные методы статистического анализа, включая описание данных, проверку гипотез, регрессионный анализ и корреляцию; основные программы и языки программирования для обработки экспериментальных данных; методы обработки числовых данных и их графическое представление; алгоритмы обработки экспериментальных данных; анализ ошибок измерений, оценка погрешностей; рассматривается автоматизация обработки данных, практическое применение программных средств для решения конкретных задач, связанных с обработкой данных.

  Год обучения - 1
  Семестр - 2
  Кредитов - 6
  

• Физика низкоразмерных систем и спинтроника

  Цель: познакомить обучающихся с основами спинтроники, с новыми физическими эффектами, возникающими в наномасштабных системах, и их применении в современных и будущих технологиях. Содержание: излагаются принципы, лежащие в основе функционирования наноразмерных структур, особенности поведения материалов в низкоразмерных системах, основы теории низкоразмерных систем и гетероструктур, анализируются различные эффекты в таких системах; рассматриваются теоретические и экспериментальные аспекты спинтроники, проводится анализ различных спин-зависимых эффектов; обсуждаются вычисления некоторых свойств низкоразмерных систем и гетероструктур, а также вычисления спин-зависимых свойств различных систем

  Год обучения - 1
  Семестр - 2
  Кредитов - 6
  

• Физика поверхности

  Цель: познакомить обучающихся с теоретическими основами, методами исследованиями и технологиями, связанных с физическими процессами, которые происходят на поверхностях и границах раздела фаз. Содержание: излагаются основные методы очистки и анализа поверхности, роста тонких пленок; основы двумерной кристаллографии, методы исследования поверхностей (электронной спектроскопия, микроскопия и другие); особенности атомной структуры поверхностей с адсорбатами, электронные свойства наиболее характерных поверхностей металлов и полупроводников; основные явления и эффекты, наблюдающиеся на поверхности твердого тела, их теоретическое описание и области практического применения; определяются характеристики поверхности кристаллов на основе анализа картин дифракции медленных электронов, а также спектров оже- и фотоэлектронов; описывать процессы адсорбции, десорбции, поверхностной диффузии, механизмы зарождения островков и роста тонких пленок.

  Год обучения - 1
  Семестр - 2
  Кредитов - 6
  

• Ядерно-физические методы исследования конденсированных сред

  Цель: овладение теоретическими основами и практическими приемами применения ядерно-физических методов для исследования структуры и свойств конденсированных сред. Содержание: Изучаются применение ядерной и субатомной физики для изучения материалов, методы мессбауэровской спектроскопии, ядерного магнитного резонанса, ядерной гамма-резонансной спектроскопии нейтронного рассеяния и нейтронной дифракции. Особое внимание уделяется сверхтонким взаимодействиям и их роли в анализе фазовых состояний, магнитных и динамических характеристик материалов.

  Год обучения - 1
  Семестр - 2
  Кредитов - 5
  

• Нанотехнологии и перспективные материалы

  Цель: познакомить обучающихся с принципами работы с наноматериалами, методами их синтеза, с возможностями их использования для разработки новых, высокоэффективных материалов с уникальными свойствами. Содержание: рассматриваются закономерности и физико-химические модели процессов получения нанообъектов; характеристики физико-химических процессов синтеза наноструктур и методы их исследования; типы и свойства наноматериалов, характеристики физико-химических процессов их синтеза; физические причины размерных эффектов, которые проявляются в самых различных свойствах наноструктур; современные методы исследования наноструктур; приводятся примеры выбора и использования метод анализа наноматериалов и наноструктур; примеры разработки плана технологического процесса получения наноматериалов, оценки возможности, ограничения, критерии выбора вариантов нанотехнологии.

  Год обучения - 2
  Семестр - 1
  Кредитов - 6
  

• Физическое моделирование и численные методы с элементами искуственного интелекта

  Цель: развить у учащихся теоретические знания и практические навыки в области физического моделирования, численных методов и применения элементов искусственного интеллекта для решения задач материаловедения и физики конденсированного состояния. Содержание: дисциплина охватывает основы физического моделирования, численные методы решения дифференциальных уравнений, моделирование процессов в твердых телах, методы Монте-Карло и молекулярной динамики. Особое внимание уделяется использованию алгоритмов ИИ для ускорения вычислений, анализа моделируемых систем и прогнозирования параметров материалов. Задания реализуются с использованием Python и специализированных программных пакетов.

  Год обучения - 2
  Семестр - 1
  Кредитов - 4
  

• Информационные технологии и методы искусственного интеллекта в материаловедении

  Целью дисциплины является формирование у магистрантов знаний и практических навыков применения информационных технологий и методов искусственного интеллекта для решения задач в материаловедении. Содержание: изучение цифровых методов моделирования, анализа материалов, машинного обучения, нейронных сетей, обработки экспериментальных данных, прогнозирования свойств материалов и оптимизации технологических процессов с использованием современных ИТ-платформ и алгоритмов ИИ. Особое внимание уделяется интеллектуальному анализу данных, использованию CAD/CAE-систем и разработке программных решений для научных и инженерных задач в материаловедении.

  Год обучения - 2
  Семестр - 1
  Кредитов - 4
  

• Прикладные аспекты нанотехнологии в биомедицине/энергетике

  Цель: сформировать у магистрантов знания о современных прикладных разработках нанотехнологий в области биомедицины и энергетики, понять физико-химические основы функционирования наноматериалов в живых системах и энергетических установках. Содержание: В дисциплине изучаются принципы использования наноматериалов в диагностике, целевой доставке лекарств, биосенсорах, а также при разработке энергоэффективных устройств – солнечных батарей, суперконденсаторов и топливных элементов. Рассматриваются механизмы взаимодействия наноструктур с биологическими и энергетическими средами, современные методы оценки эффективности и безопасности нанотехнологий.

  Год обучения - 2
  Семестр - 1
  Кредитов - 6
  

• Функциональные и смарт-материалы

  Цель: познакомить учащихся с основами и современными подходами в области разработки, применения и исследования материалов, обладающих особыми свойствами и изменяющих свои характеристики под действием внешних воздействий. Содержание: излагаются основные тенденции изменения физических и химических свойств материалов в зависимости от внешних факторов и технологических условий; свойства и перспективы применения различных групп материалов; методы испытаний материалов; методы и схемы расчета основных параметров материалов различного функционального назначения; анализируется возможность применения физических свойств материалов в создании новых приборов; оцениваются характеристики материалов; приводятся основные принципы оценки результативности проектов по улучшению свойств материалов.

  Год обучения - 2
  Семестр - 1
  Кредитов - 5
  

• Прецизионные сплавы

  Цель: познакомить учащихся с характеристиками и применениями специальных металлов и сплавов, которые обладают предсказуемыми свойствами, что необходимо для различных высокотехнологичных областей. Содержание: дается определение прецизионных сплавов, их классификация; излагается структура и свойства сплавов, их легирование, влияние внешних воздействий на поведение сплавов; рассматривается технология производства прецизионных сплавов и ее развитие; прецизионные сплавы для различных областей промышленности; методы испытаний данных сплавов; новые виды прецизионных сплавов и перспективы их применения для решения проблем, связанных с повышением точности и долговечности материалов в высокотехнологичных сферах.

  Год обучения - 2
  Семестр - 1
  Кредитов - 5
  

• Экспериментальные методы физики твердого тела

  Цель: формирование у магистрантов практических навыков применения физических методов для исследования твердых тел. Содержание: Изучаются физические методы на уровне физики твердого тела, в основном классические и квантовые подходы, сканирующая зондовая (AFM, STM) и электронная (SEM, TEM) микроскопия, измерения электропроводности, магнитных и оптических свойств, работа с низкотемпературными установками. Рассматривается применение методов к исследованию электронных, магнитных и структурных свойств кристаллов и наноструктур. Особое внимание уделяется интерпретации экспериментальных данных и анализу взаимосвязи структуры и физических свойств твердотельных систем.

  Год обучения - 2
  Семестр - 2
  Кредитов - 5
  

• Физика металлов и сплавов

  Цель: ознакомление с законами, описывающими равновесное состояния металлов и сплавов, применениями различных металлов и сплавов в технике; развитие научного мышления. Содержание: На основе теоретических представлений анализируется и прогнозируется зависимость физических свойств металлов и сплавов от микроструктуры. Состав, плотность дефектов кристаллической решетки, положения в периодической таблице элементов, фазовое состояние и температура. Методы физического анализа для решения задач физики металлов и сплавов. Принципы формирования физических свойств в металлах и сплавах.

  Год обучения - 2
  Семестр - 2
  Кредитов - 5
  

• Методы неразрушающего контроля в производстве

  Цель: ознакомление с современными методами испытаний и контроля на всех этапах обработки материалов; физическими принципами работы диагностического оборудования. Содержание: Виды технологических дефектов, физические принципы работы диагностического оборудования (ультразвуковая дефектоскопия, магнитный и электрический метод контроля). Оценка возможностей методов исследования. Теория строения материалов. Современные методы испытаний и контроля на всех этапах обработки материалов, связь между составом, структурой и свойствами материалов с учетом эксплуатационных требований к изделию.

  Год обучения - 2
  Семестр - 2
  Кредитов - 6
  

• Современные методы исследования материалов

  Цель: формирование у магистрантов навыков применения современных аналитических методов для комплексного исследования материалов. Содержание: В дисциплине рассматриваются рентгенофазовый анализ, ИК- и рамановская спектроскопия, дифференциальный термический анализ, термогравиметрия, электронная спектроскопия (XPS, AES), методы оценки механических, термических и оптических свойств и применение их при исследовании термической стабильности, прочности, химической стабильности. Особое внимание уделяется выбору метода в зависимости от цели исследования, структуры и химического состава материала.

  Год обучения - 2
  Семестр - 2
  Кредитов - 6
  

• Дифракционный структурный анализ

  Цель: изучение основ теории дифракции на кристалле и методов определения атомной структуры вещества. Содержание: Основы теории дифракции на кристалле. Методы определения атомной структуры вещества из дифракционных данных, их возможности и ограничения. Представление о методике и возможностях дифракционного анализа некристаллических материалов. Особенности использования различных типов излучений – рентгеновских лучей, нейтронов и электронов.

  Год обучения - 2
  Семестр - 2
  Кредитов - 5
  

• Физика прочности и пластичности

  Цель: изучение теории прочности и пластичности материалов и методов определения механических характеристик материалов. Содержание: Теория прочности и пластичности материалов, основанная на анализе закономерностей возникновения, движения и взаимодействия дефектов материалов в поле приложенных напряжений. Методы определения механических характеристик материалов. Взаимосвязь свойств материала с его микроструктурой и особенностями дислокационного строения; решение прикладных задач физики металлов, результаты механических испытаний различных материалов.

  Год обучения - 2
  Семестр - 2
  Кредитов - 5
  

Профессии

Результаты обучения

• Интерпретирует научные тексты по физике современных материалов на английском языке с использованием профессиональной терминологии.
• Применяет знания психологии управления и педагогики высшей школы при организации образовательного процесса и управлении коллективом в научной и производственной среде.
• Проектирует методики преподавания профильных дисциплин с учетом современных требований к инженерному и физическому воспитанию.
• Анализирует физические свойства современных материалов на основе фундаментальных принципов квантовой и твердотельной физики.
• Применяет методы синтезирования и диагностирования наноструктур для изучения физических свойств новых функциональных материалов и их применения в биомедицине и энергетике.
• Моделирует физические процессы и структуры материалов с использованием квантовых методов, специализированного программного обеспечения и методов искусственного интеллекта.
• Использует методы ядерной физики и дифракции для изучения структуры и свойств конденсированных сред.
• Оценивает характеристики низкоразмерных систем и применяет принципы спинтроники и физики поверхности для проектирования новых материалов.
• Выполняет физический эксперимент с последующей обработкой данных и оформлением результатов.
• Применяет принципы прочности, пластичности и фазовых превращений для оценки поведения материалов в экстремальных условиях.
• Оценивает возможности квантовых вычислений и нелинейной оптики для разработки новых функциональных материалов.
• Организует и проводит научные исследования.

Похожие ОП