Einführung in die Physik der kondensierten Materie
Introduction to Condensed Matter Physics

Modul PH0019 [KM Intro]

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2016/7 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2016/7WS 2010/1

Basisdaten

PH0019 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (5. Fachsemester, Vertiefung AEP)
  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (5. Fachsemester, Vertiefung BIO)
  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (5. Fachsemester, Vertiefung KTA)

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
240 h 90 h 8 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH0019 ist Christine Papadakis.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Bindungstypen und -kräfte

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

Strukturen und Bestimmungsmethoden

  • 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'

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul ist der/die Studierende in der Lage:

  1. die unterschiedlichen Bindungsarten von kondensierter Materie zu kennen und konkreten Stoffen zuordnen zu können.
  2. die physikalischen Grundlagen der Strukturanalyse und die zugehörigen Experimente wiederzugeben.
  3. die Grundlagen der Gitterdynamik und ihre Bedeutung für Festkörpereigenschaften (insbesondere thermische Eigenschaften) zu verstehen.
  4. das Verhalten von Elektronen in kristallinen Strukturen zu verstehen und auf den Transport von Ladungsträgern anzuwenden.
  5. grundlegende Eigenschaften von Halbleitern, Supraleitern und magnetischen Materialien zu kennen und zu erklären.
  6. die wichtigsten dielektrischen Eigenschaften von Festkörpern wiederzugeben.

Voraussetzungen

PH0001, PH0002, PH0003, PH0004, PH0005, PH0006, PH0007

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 6 Einführung in die Physik der kondensierten Materie Papadakis, C.
Mitwirkende: Allegretti, F.
Montag, 12:00–14:00
Donnerstag, 08:30–10:00
sowie Termine in Gruppen
KO 1 Dozentensprechstunde Einführung in die Physik der kondensierten Materie Papadakis, C. Donnerstag, 10:00–11:00

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung: Frontalunterricht

Übung: Arbeitsunterricht (Übungsaufgaben rechnen), Diskussionen und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff

Medienformen

Tafelanschrieb bzw. Präsentation

Begleitende Informationen im Internet

Literatur

  • Siegfried Hunklinger: Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag München
  • Kittel: Einführung in die Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag
  • Ashcroft, Mermin: Festkörperphysik, Oldenbourg
  • Kopitzki, Herzog: Einführung in die Festkörperphysik, Vieweg+Teubner
  • Ibach, Lüth: Festkörperphysik. Einführung in die Grundlagen, Springer-Verlag

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer schriftlichen Klausur von 90 Minuten Dauer wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende aktiv am Übungsbetrieb teilgenommen hat (zweimaliges Vorrechnen in den Übungen).

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Einführung in die Physik der kondensierten Materie
Mi, 12.4.2017, 13:30 bis 15:00 102
bis 3.4.2017 (Abmeldung bis 5.4.2017)
Mo, 20.2.2017, 13:30 bis 15:00 MW: 2001
bis 15.1.2017 (Abmeldung bis 13.2.2017)

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

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Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.