de | en

Materialwissenschaften
Materials Science

Modul PH0022 [AEP Expert 2]

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 SS 2018 (aktuell)

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

verfügbare Modulversionen
SS 2018SS 2017SS 2014SS 2011

Basisdaten

PH0022 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

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

  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (6. Fachsemester, Vertiefung AEP)

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)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH0022 ist Jonathan Finley.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul richtet sich an Bachelor-Studierende im Schwerpunkt AEP im 6. Semester. Inhalt des Moduls ist die genaue Betrachtung und Untersuchung der Physik und der physikalischen Eigenschaften moderner Materialien, mit einem Schwerpunkt auf ihren mechanischen, chemischen, thermischen, elektrischen, optischen und magnetischen Eigenschaften.

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss des Kurses sind die Studierenden in der Lage zu verstehen, wie und warum die Kontrolle der Mikro- und Nanostruktur von Materialien wie Isolatoren, Halbleitern, nichtmagnetischen und magnetischen Metallen zu neuen physikalischen, thermischen, elektronischen und optischen Eigenschaften dieser Materialeine führen kann.

Darüber hinaus lernen die Studierenden eine Reihe moderner Technologien der Materialstrukturierung und Materialverarbeitung, wie Dünnschichtwachstum, Elektronen-und optische Lithographie, Ätzen, Nano-Manipulation und Selbstorganisation kennen.

Sie sind in der Lage zu verstehen, wie es die Anwendung dieser Technologien routinemäßig erlaubt, komplexe Systeme zu konstruieren, deren neuartige physikalische Eigenschaften und Quanteneffekte dazu genutzt werden können, Geräte mit komplett neuen Funktionalitäten zu bauen.

Voraussetzungen

Einführung in die Festkörperphysik bzw. Physik der kondensierten Materie I

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

Bei diesem Modul handelt es sich um eines der Spezialisierungsmodule des sechsten Fachsemesters. Die zugehörigen Lehrveranstaltungen werden in der Regel "kompakt" angeboten. Das heißt, dass die für die Lehrveranstaltungen angesetzten Semesterwochenstunden (2V 1Ü) in den Wochen der ersten Semesterhälfte in komprimierter Form (4V 2Ü) dargeboten werden. Die restliche Vorlesungszeit verbleibt somit für die arbeitsintensive Endphase der Bachelor-Arbeit.

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lehrinhalte im Vortrag präsentiert und durch anschauliche Beispiele sowie durch Diskussion mit den Studierenden vermittelt. Dabei werden die Studierenden auch zur eigenständigen inhaltlichen Auseinandersetzung mit den behandelten Themen sowie zum Studium der zugehörigen Literatur motiviert. Stetige Querverweise auf die bereits früher vermittelten Grundlagen lassen die universellen Konzepte der Physik mehr und mehr erkennbar werden.

In den Übungen lernen die Studierenden in Kleingruppen nicht nur den Lösungsweg nachzuvollziehen, sondern Aufgaben auch selbstständig zu lösen. Hierzu werden Aufgabenblätter angeboten, die die Studierenden zur selbstständigen Kontrolle sowie zur Vertiefung der gelernten Methoden und Konzepte bearbeiten sollen. In den Übungen werden die unter der Woche gerechneten Aufgaben von den Studierenden und einer/m wissenschaftlichen Mitarbeiter(in) an der Tafel vorgerechnet und besprochen. Die Übung bietet auch die Gelegenheit zur Diskussion und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff und bereitet konkret auf die Prüfungen vor.

Die verschiedenen Lernformate sind eng verzahnt und befinden sich im ständigen Austausch.

Medienformen

Der Lernstoff wird durch z.B. Powerpoint-Präsentation, iPad Tafenanschreib + Animationen präsentiert. Ein Skript wird Passwort-geschützt nachträglich und sukzessive ins Netz auf dem Moodle platform gestellt. Die Vorlesung wird in englischer Sprache gehalten – Fragen sind jederzeit in deutscher oder englischer Sprache wilkommen!

Literatur

siehe Skript

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Erklären Sie die Unterschiede zwischen Isolatoren, Halbleitern und Metallen in Bezug auf die elektronische Bandstruktur und typische messbare Eigenschaften.
  • Erklären Sie das grundlegende Konzept der Heteroepitaxie und vergleichen Sie die Verfahren für epitaktisches Wachstum ultra-reiner Halbleiter.
  • Welche unterschiedlichen epitaktischen Wachstumsformen bestehen während einer Heteroepitaxie und welche Energien treiben das Wachstum?
  • Skizzieren Sie die Bandstruktur von GaAs und beschreiben Sie die Veränderungen, die durch Substitution van Ga-Atomen mit Al-Atomen entstehen.
  • Erklären Sie wie Heteroepitaxie von dünnen Schichten verwendet werden kann, um Quantenstrukturen zu realisieren und erklären Sie die Bedeutung der Bewegungsquantisierung für die elektronischen Eigenschaften.
  • Beschreiben Sie die Verfahren, um Materialien mittels Top-Down-Nano-Prozessierung zu strukturieren.
  • Erklären Sie die unterschiedlichen Beiträge zum effektiven Potential der freien Ladungsträger in Halbleiter-Heterostrukturen.
  • Beschreiben Sie die Konzepte, die zum Drude-Modell der Leitung führen und erklären Sie wie Materialverarbeitung mit dünnen Schichten genutzt werden kann um die Ladungsträgerbeweglichkeit zu erhöhen.
  • Erklären Sie den Unterschied zwischen dem klassischen Hall-Effekt und dem integralen Quanten-Hall-Effekt.
  • Vergleichen Sie unterschiedliche Verfahren, um Nanomaterialien mit Quantenpunkten zu realisieren.
  • Wie können Sie zeigen, dass ein nanostrukturiertes Material eine null-dimensionale elektronische Struktur hat?
  • Beschreiben Sie ein Verfahren, um die magnetische Ordnung in Materialien zu ermitteln.
  • Was ist eine Spin-Welle und wie kann sie experimentell nachgewiesen werden?

Während der Prüfung sind folgende Hilfsmittel zugelassen: doppelseitig handgeschriebenes Formelblatt

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 Teilnahme an 5 von insgesamt 6 Übungen

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester 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 Materialwissenschaften (Block 2B)
Fr, 8.2.2019 Dummy-Termin. Die individuellen Termine werden nach Abschluss der Anmeldung durch das Dekanat festgelegt und werden in der vorlesungsfreien Zeit (Februar / März) stattfinden. bis 15.1.2019
Nach oben