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Materials Science

Module PH0022 [AEP Expert 2]

This module handbook serves to describe contents, learning outcome, methods and examination type as well as linking to current dates for courses and module examination in the respective sections.

Module version of SS 2021

There are historic module descriptions of this module. A module description is valid until replaced by a newer one.

Whether the module’s courses are offered during a specific semester is listed in the section Courses, Learning and Teaching Methods and Literature below.

available module versions
SS 2023SS 2021SS 2018SS 2017SS 2014SS 2011

Basic Information

PH0022 is a semester module in German language at Bachelor’s level which is offered in summer semester.

This Module is included in the following catalogues within the study programs in physics.

  • Mandatory Modules in Bachelor Programme Physics (6th Semester, Specialization AEP)

If not stated otherwise for export to a non-physics program the student workload is given in the following table.

Total workloadContact hoursCredits (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Responsible coordinator of the module PH0022 in the version of SS 2021 was Christine Papadakis.

Content, Learning Outcome and Preconditions

Content

Dieses Modul richtet sich an Bachelor-Studierende im Schwerpunkt AEP im 6. Semester. Inhalt des Moduls sind, ausgehend von Design-Aspekten und der benötigten Funktionalität, die physikalischen Eigenschaften moderner Materialien, ihr Verhalten unter Belastung sowie die Herstellungsprozesse. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf ihren mechanischen, chemischen, thermischen, elektrischen, optischen und magnetischen Eigenschaften. Es wird ein Überblick über einige Materialklassen gegeben, z. B. Metalle, Keramik, Gläser, Polymere, Komposite, Bio- und Nanomaterialien. Jeweils werden die mikroskopischen Aspekte erörtert, die den Eigenschaften zugrunde liegen.>

Learning Outcome

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 z. B. Metallen, Gläsern, Polymeren und Nanomaterialien, deren mechanische, thermische, elektrische und optischen Eigenschaften dieser Materialien bestimmt. Darüber hinaus erhalten die Studierenden ein Verständnis für Phasendiagramme und Phasenumwandlungen. Übersichtsartige Parameterdarstellungen zu verschiedenen Materialklassen ermöglichen es ihnen, am Ende der Vorlesung, Materialien in Bezug auf spezielle Anforderungen und Funktionalitäten zu bewerten und hinsichtlich Belastungsgrenzen einzuschätzen.

Preconditions

Einführung in die Festkörperphysik bzw. Physik der kondensierten Materie I

Courses, Learning and Teaching Methods and Literature

Courses and Schedule

TypeSWSTitleLecturer(s)DatesLinks
VO 2 Materials Science Papadakis, C. Fri, 10:00–12:00, PH HS3
Wed, 14:00–16:00, PH HS3
eLearning
documents
UE 1 Exercise to Materials Science
Responsible/Coordination: Papadakis, C.
dates in groups documents

Learning and Teaching Methods

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.

Media

Der Lernstoff wird durch z.B. Powerpoint-Präsentation, Tablet-Anschrieb + Animationen präsentiert. Die Präsentation wird auf die Platform Moodle gestellt. Die Vorlesung wird in deutscher Sprache gehalten. Bildmaterial wird oft mit englischsprachigen Legenden verwendet.

Literature

Die Vorlesung richtet sich nach folgenden Büchern:

·         "Materials" von M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Elsevier, 3. Auflage, 2014;

·         "Introduction to Material Science", J.P. Mercier, G. Zambelli, W. Kurz, Elsevier, 2002.

·         W.D. Callister, D.G. Rethwisch "Materialwissenschaften und Werkstofftechnik", Wiley-VCH;

·         D.R. Askeland "Materialwissenschaften", Spektrum Akademischer Verlag;

·         S. Hunklinger "Festkörperphysik", Oldenbourg Verlag;

·         R. Gross/A. Marx "Festkörperphysik", Oldenbourg Verlag.

Weitere Quellen werden in der Vorlesung bekannt gegeben.

Module Exam

Description of exams and course work

There will be an oral exam of 30 minutes duration. Therein the achievement of the competencies given in section learning outcome is tested exemplarily at least to the given cognition level using comprehension questions and sample calculations.

For example an assignment in the exam might be:

  • Explain the difference between insulators, semiconductors and metals in terms of electronic band structure and their typical measurable properties?
  • Explain the basic concepts of heteroepitaxy and discuss the methods used for epitaxial growth of ultra-pure semiconductors?
  • What are the different epitaxial growth modes that occur during heteroepitaxy and which energies drive growth ?
  • Sketch the band structure of GaAs and describe and explain the modifications caused by substitutionally replacing Ga-atoms with Al-atoms.
  • Explain how thin film heteroepitaxy can be used to realise quantum confined structures and explain the impact of motional quantisation on electronic properties.
  • Describe the methods used to pattern materials via top-down nano processing
  • Explain the different contributions to the effective potential experienced by free carriers in semiconductor heterostructures
  • Describe the concepts that lead to the Drude model of conduction and explain how thin film material processing can be used to enhance carrier mobility.
  • Explain the difference between the classical Hall effect and integer quantum Hall effects.
  • Discuss different methods used to realise quantum-dot nano materials ?
  • How would you prove that a nano structured materials has zero-dimensional electronic structure ?
  • Describe a method that can be used to probe magnetic ordering in materials ?
  • What is a spin wave and how can one go about experimentally measuring them ?

In the exam the following learning aids are permitted: hand-written sheet with formulas, double-sided

Participation in the exercise classes is strongly recommended since the exercises prepare for the problems of the exam and rehearse the specific competencies.

There will be a bonus (one intermediate stepping of "0,3" to the better grade) on passed module exams (4,3 is not upgraded to 4,0). The bonus is applicable to the exam period directly following the lecture period (not to the exam repetition) and subject to the condition that the student passes the mid-term of Active participation in 5 of the total of 6 Exercise Classes

Exam Repetition

There is a possibility to take the exam in the following semester.

Current exam dates

Currently TUMonline lists the following exam dates. In addition to the general information above please refer to the current information given during the course.

Title
TimeLocationInfoRegistration
Exam to Materials Science (2A)
Wed, 2020-09-23 till 2020-09-07
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