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 2017/8 (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 2017/8WS 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 Christian Pfleiderer.

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
VO 4 Einführung in die Physik der kondensierten Materie Pfleiderer, C. Mo, 12:00–14:00, PH HS2
Do, 08:30–10:00, PH HS2
sowie einzelne oder verschobene Termine
UE 2 Übung zu Einführung in die Physik der kondensierten Materie Chacón Roldán, A.
Leitung/Koordination: Pfleiderer, C.
Termine in Gruppen

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
  • Groß, Marx: Festkörperphysik, De Gruyter Verlag
  • 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

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Berechnung und Diskussion der Bindungsenergie eines einfachen Kristalls
  • Berechnung und Diskussion des reziproken Gitters und des Strukturfaktors eines einfachen Kristalls
  • Berechnung und Diskussion der phononischen Wärmekapazität eines einfachen Kristalls
  • Berechnung und Diskussion der elektronischen Zustände in einem einfachen Kristalls
  • Berechnung und Diskussion der Ladungsträgerdichte und der Fermi-Energie eines einfachen Halbleiters

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

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 die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus

  • dem bestehen der freiwilligen Zwischenklausur während des Semesters
  • mindestens einmal erfolgreich in den Übungen vorrechnen

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
Di, 27.2.2018, 13:30 bis 15:00 MW: 2001
bis 15.1.2018 (Abmeldung bis 20.2.2018)
Do, 29.3.2018, 10:30 bis 12:00 MW: 0001
bis 19.3.2018 (Abmeldung bis 22.3.2018)

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

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

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.