Modulinhalte Kondensierte Materie [PH0017+PH0018] (aktueller Entwurf)

Der Studienplan der Vertiefungsrichtung kondensierte Materie (KM) des Bachelorstudiengangs Physik sieht im fünften Semester das Modul [PH0017] Kondensierte Materie 1 und in der ersten Hälfte des sechsten Semester das kompakte Modul [PH0018] Kondensierte Materie 2 vor. Die Module geben eine Einführung in die grundlegenden Eigenschaften kondensierter Materie und aktuelle Methoden zu ihrer experimentellen Charakterisierung. Im Folgenden ist der aktueller Entwurf der Modulinhalte skizziert.

Diese Expert-Module in der Vertiefungsrichtung werden im fünften Semester durch ein Intro-Modul in Kern-, Teilchen- und Astrophysik [PH0016] ergänzt.

Kondensierte Materie 1 [PH0017]

Das Expert-Modul Kondensierte Materie 1 [PH0017] im fünften Semester hat einen Umfang von 4 SWS Vorlesung und 2 SWS Übung.

Kristallstruktur und Strukturbestimmung

• periodische Strukturen – Grundbegriffe und Definitionen
• Beispiele für Kristallstrukturen
• Kristalldefekte und nichtkristalline Festkörper
• reziprokes Gitter und Beugungsmethoden

Bindungstypen und -kräfte

• van-der-Waals-Bindung, ionische Bindung
• kovalente Bindung und metallische Bindung
• Wasserstoffbrückenbindung

Elastische Eigenschaften

• Kontinuumsmechanik
• Elastizitätsmodul
• elastische Wellen

Gitterdynamik

• klassische Theorie der Gitterdynamik
• Zustandsdichte im Phononenspektrum
• Quantisierung der Gitterschwingungen

Thermische Eigenschaften

• spezifische Wärme
• anharmonische Effekte und thermische Ausdehnung
• Wärmeleitfähigkeit

Elektronen im Festkörper

• Modell des freien Elektronengases
• Bloch-Elektronen und Energiebänder
• Metalle, Halbmetalle, Halbleiter, Isolatoren
• Fermi-Flächen von Metallen

Dynamik von Kristallelektronen

• semiklassisches Modell
• Streuprozesse
• Boltzmann-Transportgleichung und Transportkoeffizienten

Kondensierte Materie 2 [PH0018]

Das Epert-Modul Kondensierte Materie 2 [PH0018] wird in kompakter Form (8 SWS Vorlesung, 2 SWS Tutorium, 2 SWS Übung) während der ersten Hälfte des sechsten Semesters gelesen. Das Tutorium dient zur Klärung allgemeiner Fragen von Studierenden und zur Verknüpfung der Vorlesungsinhalte mit aktuellen Forschungsthemen.

Halbleiter

• Klassifizierung und grundlegende Eigenschaften
• inhomogene Halbleiter und Halbleiter-Bauelemente
• niedrigdimensionale Elektronengase
• Quanten-Hall-Effekt(e)

Dielektrische Festkörper

• makroskopische Elektrodynamik & mikroskopische Theorie
• elektronische, ionische und Orientierungspolarisation
• dielektrische Eigenschaften von Metallen und Halbleitern
• Elektron-Elektron-Wechselwirkung und Abschirmung in Metallen
• Landau-Theorie der Phasenübergänge und Ferroelektrizität

Magnetismus

• atomarer Dia- und Paramagnetismus
• Para- und Diamagnetismus von Metallen
• Austauschwechselwirkung und magnetische Ordnung
• magnetische Anregungen

Supraleitung

• grundlegende Eigenschaften von Supraleitern
• Phänomenologische Beschreibung: London- und Ginzburg-Landau-Theorie
• thermodynamische Eigenschaften
• Grundzüge der mikroskopischen Theorie

Oberflächen und Grenzflächen

• elektronische Eigenschaften und Elektronendynamik
• Oberflächenkristallographie
• thermische Prozesse an Oberflächen