Modulinhalte Kondensierte Materie (Einführung) [PH0019] (vorläufiger Entwurf)

Der Studienplan der Vertiefungsrichtungen Kern-, Teilchen- und Astrophysik (KTA), Biophysik (BIO) und Applied and Engineering Physics (AEP) des Bachelorstudiengangs Physik sieht im fünften Semester das Modul [PH0019] Kondensierte Materie (Einführung) (4 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung) vor. Im Folgenden ist ein vorläufiger Entwurf der Modulinhalte skizziert.

Bindungstypen und -kräfte

• Periodensystem
• Kovalente und metallische Bindung
• Ionische Bindung und van der Waals Bindung
• Wasserstoffbrücken und andere supramolekulare Bindungstypen

Struktur und Methoden zur Bestimmung

• Amorphe und kristalline Strukturen – Grundbegriffe und Definitionen
• Beispiele für Kristallstrukturen im Realraum
• Reziprokes Gitter & Beugung
• Defekte

Gitterdynamik

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

• Elastizitätslehre im Kontinuum

Thermische Eigenschaften

• Spezifische Wärme
• Anharmonische Effekte: Thermische Ausdehnung
• Wärmeleitfähigkeit
• Thermoelektrische Effekte

Elektronen im Festkörper

• Modell des freien Elektronengases
• Bloch-Elektronen und Energiebänder
• Zustandsdichte von Metallen und Isolatoren
• Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen

Transport von Ladungsträgern

• Semiklassisches Modell der Dynamik von Elektronen
• Bewegung von Elektronen im Kristallgitter
• Boltzmann-Transportgleichung

Halbleiter

• Intrinsische und dotierte Halbleiter
• Inhomogene Halbleiter
• Wichtige Bauelemente

Supraleitung

• Grundphänomene
• Mikroskopische Beschreibung
• Unkonventionelle Supraleiter

Magnetismus

• Dia- und Paramagnetismus
• Ferromagnetische Materialien
• Ferri- und Antiferromagnetismus

Dielektrische Eigenschaften

• Makroskopische und mikroskopische Beschreibung
• Arten der Polarisation
• Dielektrische Eigenschaften von Metallen und Halbleitern

Ausblick

• Grenzflächen, Nanostrukturen & niederdimensionale Systeme
• Organische Materialien, metallorganische Gitter & 'soft matter'