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Magnetismus und Spin-Phänomene in niedrigdimensionalen Elektronensystemen
Magnetism and Spin Phenomena in Low Dimensional Electronic Systems

Modul PH2085

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 2010/1

Basisdaten

PH2085 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.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie

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 40 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2085 ist Marc Wilde.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul gibt eine Einfüuhrung in den Magnetismus und Spin-Phänomene in niedrigdimensionalen Elektronensystemen auf Halbleiterbasis. Nach einer Wiederholung einiger Grundlagen des Magnetismus werden elektronische Bandstrukturen mit Betonung auf dem Einfluss der Spin-Bahn-Wechselwirkung diskutiert. Magnetische Quantenoszillationen in zweidimensionalen Elektronensystemen werden detailliert behandelt. Der Einfluss des Spin-Freiheitsgrades, der Spin-Bahn-Wechselwirkung, der Vielteilchen-Wechselwirkung und der Dimensionalität des Ladungsträgersystems auf das Energiespektrum im Magnetfeld wird in theoretischen Modellen betrachtet und erläutert. Relevante Aspekte der Halbleiterspintronik wie Injektion und Detektion von spin-polarisierten Strömen, Spin-Kohärenz und -Relaxation, optische Spin-Erzeugung sowie elektrische Manipulation von Spinzuständen über die Spin-Bahn-Wechselwirkung werden diskutiert. Im letzten Teil der Vorlesung werden experimentelle Meilensteine in der Halbleiterspintronik und Quantenoszillationsexperimente zur Bestimmung relevanter Spin-Bahn-Kopplungsparameter illustriert.

Lernergebnisse

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

  1. die Einflüsse der Spin-Bahn-Wechselwirkung auf elektronische Zustände in Halbleitern zu beschreiben
  2. orbitale und spin-abhängige Effekte auf den Magnetismus von niedrigdimensionalen Elektronensystemen nachzuvollziehen und zu erklären
  3. die Einflüsse von Unordnung, Temperatur, Vielteilcheneffekten, Materialauswahl und Dimensionalität auf das elektronische Spektrum zu beurteilen
  4. grundlagenphysikalische Aspekte der modernen Halbleiter-Spintronik wie elektrische und optische Spin-Injektion sowie Spin-Manipulation zu benennen und zu erklären
  5. zwischen verschiedenen spin-abhängigen Streumechanismen zu differenzieren
  6. Eigenschaften magnetischer Halbleiter zu verstehen und zu erklären

Voraussetzungen

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

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

Vortrag, Beamerpräsentation, Tafelarbeit

Medienformen

Präsentationsunterlagen, begleitende Internetseite, ergänzende Literatur

Literatur

  1. S. Blundell: Magnetism in Condensed Matter (Oxford University Press, 2001)
  2. Y. Singleton: Band Theory and Electronic Properties of Solids (Oxford University Press, 2001)
  3. P.Y. Yu: Fundamentals of Semiconductors (Springer Berlin, 1996)
  4. M.I. Dyakonov (Ed.): Spin Physics in Semiconductors (Springer Series in Solid-State Sciences 157, 2008)
  5. Stefan Blügel, Daniel Bürgler, Markus Morgenstern, Claus M. Schneider, Rainer Waser (Eds.): Spintronics - From GMR to Quantum Information, (Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Schlüsseltechnologien / Key Technologies Band/Volume 10)
  6. Kronmüller H., Parkin S.S.P. (Eds.): Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials, Vols. 1-5 (Wiley, Chichester, 2007)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 25 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:

  • Beschreiben Sie den Einfluss der Spin-Bahn-Wechselwirkung auf die elektronische Bandstruktur in Halbleitern
  • Erklären Sie die Entstehung magnetischer Quantenoszillationen in niedrigdimensionalen Elektronensystemen
  • Diskutieren Sie den Einfluss von Unordnung, Temperatur, Vielteilcheneffekten, Materialauswahl und Dimensionalität auf die magnetischen Quantenoszillationen
  • Nennen Sie spin-abhängige Streumechanismen in Halbleitern

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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