Magnetismus und Korrelationsphänomene in Halbleiter- und oxidischen Heterostrukturen
Magnetism and Correlation Phenomena in Semiconductor and Oxidic Heterostructures

Modul PH2133

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.

Basisdaten

PH2133 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch 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 PH2133 ist Dirk Grundler.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul gibt eine Übersicht über Magnetismus und Korrelationsphänomene in Halbleiter- und Oxid-Heterostrukturen. Nach einer Einführung in die Grundlagen des Magnetismus werden elektronische Bandstrukturen mit Betonung auf die Spin-Bahn-Wechselwirkung diskutiert. Anschließend werden magnetische Quantenoszillationen in zweidimensionalen Elektronensystemen behandelt. Der Einfluss des Spin-Freiheitsgrades, 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. Die Entstehung von stark korrelierten zweidimensionalen Elektronengasen in Oxid-Heterostrukturen wird besprochen sowie potenzielle neue Funktionalitäten diskutiert. 

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,
  7. die Entstehung von stark korrelierten Elektronensystemen an Oxid-Grenzflächen zu erläutern sowie potenzielle neue Funktionalitäten zu skizzieren.
  8. sich unter Anleitung ein wissenschaftliches Thema zu erarbeiten, eine Präsentation darüber zu erstellen und einen Vortrag zu halten sowie Präsentationstechniken zu bewerten und gezielt einzusetzen.
     

Voraussetzungen

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

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Magnetismus und Korrelationsphänomene in Halbleiter- und oxidischen Heterostrukturen Wilde, M.
Leitung/Koordination: Grundler, D.
einzelne oder verschobene 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

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 60 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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.