de | en

Theoretische Festkörperphysik
Theoretical Solid State Physics

Modul PH1001 [ThPh KM]

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 2018/9 (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 2018/9WS 2017/8WS 2016/7WS 2010/1

Basisdaten

PH1001 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

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

  • Wahlpflichtkatalog "Theorie" im Masterstudiengang Physik (Physik der kondensierten Materie)
  • Ergänzung des Allgemeinen Spezialfachkatalogs für Biophysik
  • Ergänzung des Allgemeinen Spezialfachkatalogs für Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Spezialisierung im Elitemasterstudiengang Theoretische und Mathematische Physik (TMP)

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)
300 h 90 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH1001 ist Wilhelm Zwerger.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

I) Symmetrien und Struktur kondensierter Materie

  1. Phasen und ihre gebrochenen Symmetrien
  2. Strukturbestimmung durch Röntgenstreuung

II) Gitterschwingungen

  1. Phononen und Thermodynamik
  2. Neutronenstreuung, dynamischer Strukturfaktor
  3. Anharmonische Effekte, Schmelzen, Lindemann-Kriterium

III) Elektronen

  1. Bindungstypen, Stabilität
  2. Bloch-Theorem, Wannier-Funktionen, Bändertheorie
  3. Fermiflächen, Thermodynamik
  4. Semiklassische Dynamik von Elektronen, Bloch-Oszillationen
  5. Edge-state Theorie des Quanten-Hall-Effektes

IV) Vielteilcheneffekte und Unordnung

  1. Wechselwirkendes Elektronengas, Abschirmung, Wigner-Kristallisation
  2. Dichtefunktionaltheorie
  3. Elektron-Phonon Wechselwirkung, BCS-Theorie der Supraleitung
  4. Anderson Lokalisierung in ungeordneten Quantensystemen

Siehe https://www.cmt.ph.tum.de/index.php?id=63

Lernergebnisse

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der/die Studierende in der Lage

  1. die wichtigsten Strukturen kondensierter Materie und ihre atomare Zusammensetzung mathematisch zu beschreiben und ihre strukturellen und dynamischen Eigenschaften im Rahmen einfacher Modelle zu berechnen
  2. den physikalischen Ursprung von strukurellen Phasenübergängen an Oberflächen und von Defektstrukturen zu erklären
  3. Die wichtigsten Methoden zur Berechnung der elektronischen Struktur von Festkörpern zu erklären und einfache Berechnungen im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie durchzuführen
  4. Die zentralen Näherungen bei der Lösung des Vielteilchenproblems in kondensierter Materie zu erklären
  5. Die Natur korrelierter niederdimensionaler Systeme zu verstehen und im Rahmen der Fermi- oder Luttingerflüssigkeitstheorie zu erklären
  6. elektronische Phasenübergänge wie die Supraleitung theoretisch zu beschreiben und zu charakterisieren

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 6 Theoretische Festkörperphysik Zwerger, W.
Mitwirkende: Langmack, C.
Di, 10:00–12:00, PH HS3
Do, 10:00–12:00, PH HS3
sowie Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lerninhalte präsentiert, dabei werden insbesondere mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die universellen Konzepte der Physik aufgezeigt. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert.

In der Übung werden in Einzel- und Gruppenarbeit (ca. 6-8 Studierende mit Unterstützung durch Tutor) anhand von Problembeispielen und (Rechen-)Aufgaben die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Medienformen

e-Learning (Tablet-PC mit Sprachaufzeichnung zum Nachhören von Teilen oder ganzen Vorlesungen/Übungen), Präsentationsunterlagen, Übungsblätter, Computersimulationen, begleitende Internetseite, ergänzende Literatur

Die genauen Medienformen wählt der jeweilige Dozent aus.

Literatur

N.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics
P.M. Chaikin and T.C. Lubensky, Principles of Condensed Matter Physics

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:

  • Berechnen Sie das Spektrum der longitudinalen Schwingungen eine zweiatomigen harmonischen Kette unter der Annahme periodischer Randbedingungen.
  • Bestimmen Sie die Wellenfunktion aus der Bloch-Bedingung für das Kronig-Penney-Modell.

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 Theoretische Festkörperphysik
Fr, 22.2.2019, 13:30 bis 15:00 PH: 2502
Studierende im Masterstudiengang Physik (Physik der kondensierten Materie) beachten die besonderen Hinweise zur Prüfungsanmeldung im Wahlpflichtfach theoretische Physik! // Students in the Master’s program Physics (Condensed Matter Physics) check the notice on exam registration for the required elective module in theoretical physics! https://www.ph.tum.de/academics/msc/theory/ bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 15.2.2019)
Di, 16.4.2019, 13:30 bis 15:00 PH: 2501
Studierende im Masterstudiengang Physik (Physik der kondensierten Materie) beachten die besonderen Hinweise zur Prüfungsanmeldung im Wahlpflichtfach theoretische Physik! // Students in the Master’s program Physics (Condensed Matter Physics) check the notice on exam registration for the required elective module in theoretical physics! https://www.ph.tum.de/academics/msc/theory/ bis 1.4.2019 (Abmeldung bis 9.4.2019)
Nach oben