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 2017 (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 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 45 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH0022 ist Jonathan Finley.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

This course is designed for Bachelor Students in the 6th semester following the Applied and Engineering Physics (AEP) program at TUM. We will study the physics and properties of modern materials with an emphasis on their mechanical, chemical, thermal, electrical, optical and magnetic properties.  More information can be found at this link on the Walter Schottky Institut homepage where downloads will also be successively made available. 

Lernergebnisse

After successfully completing the course students will be in a position to understand why controlling the micro- and nano-structure of materials like insulators, semiconductors, non-magnetic and magnetic metals can lead to fundamentally new physical, thermal, electronic and optical properties. Moreover, students will learn how a range of modern materials structuring and processing technologies such as thin film growth, electron and optical lithography, etching, nano-manipulation and self-assembly routinely allow the construction of complex systems where novel physical and quantum effects can be exploited to build devices with entirely new functionalities. 

Voraussetzungen

Einführung in die Festkörperphysik bzw. Physik der kondensierten Materie

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 3 Materialwissenschaften Finley, J. Mi, 14:00–16:00, PH HS3
Fr, 10:00–12:00, PH HS3
sowie Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Die Vorlesung wird kompakt in der ersten Hälfte der Vorlesungszeit gelesen. Die Vorlesung wird ergänzt durch Tutorübungen.

Medienformen

Der Lernstoff wird durch z.B. Powerpoint-Präsentation, OneNote-Projektion, Animationen präsentiert. Ein Skript wird Passwort-geschützt nachträglich und sukzessive ins Netz 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 40 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?

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.

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 (Block2A)
Mo, 2.10.2017 bis 5.9.2017

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

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.