Zweidimensionale Materialien
Two Dimensional Materials

Modul PH2172

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

PH2172 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Sommersemester 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 PH2172 ist Alexander Holleitner.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul bietet einen Überblick über eine neue Klasse von Festkörper-Materialien: zweidimensionale (2D) Materialien, mit einer Dicke von etwa 1 nm. Innerhalb einer Schicht gibt es starke kovalente Bindung zwischen den Atomen und eine schwache van-der Waals Kopplung zwischen benachbarten Schichten. Die Eigenschaften der 2D Materialien hängt stark von der Anzahl der Schichten und der Interaktion mit der Umgebung bzw. Substrat ab. Die Vorlesung beginnt mit einer historischen und topologischen Einführung in 2D Material. Anschließend werden die Herstellungs- und Nanofabrikationsmethoden vorgestellt. Des Weiteren werden die strukturellen, optischen, phononischen, elektronischen und optoelektronischen Eigenschaften sowie geeignete experimentelle Methoden und Werkzeuge präsentiert. Dazu gehören u.a. optische Studien, Ellispometrie, Rasterkraftmessungen, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgen-Methoden und Raman-Messungen.

Darüber hinaus werden besondere Eigenschaften ausgewählter Materialien und neuartige Anwendungen von 2D Materialien spezifisch vorgestellt: i.e. Bandstruktur, Klein Tunneling und Quanten-Hall-Effekt in Graphen; topologische geschützte Oberflächenzustände in topologische Isolatoren; Bandstruktur, Absorption, Exzitonen- und Spin-Eigenschaften von Übergangsmetall-Dichalkogeniden; Transistor, Optoelektronische Bauteile und photovoltaische Energie-Umwandlung und Wasser-spaltende-Bauelemente bestehend aus halbleitendem Übergangsmetall-Dichalkogeniden und neuartigen Heterostrukturen aus zweidimensionalen Materialien.

Lernergebnisse

1.     verschiedene Klassen von 2D solid-State-Materialien und ihre Eigenschaften zu bestimmen.

2.     Vorbereitung und Nanofabrikation Methoden für 2D Materialien zu beschreiben und  sie zu erklären

3.     geeignete optische und strukturelle Charakterisierungsmethoden für 2D Materialien zu unterscheiden.

4.     Phononen-Eigenschaften von 2D Materialien zu erklären.

5.     Transport- und Quantenphänomene wie den Quanten-Hall-Effekt in Graphen und den Ladungsträgertransport in topologischen Oberflächezuständen zu beschreiben.

6.     Exzitonische Absorption zu erklären

7.     die Spin-Eigenschaften von Übergangsmetall-Dichalcogenides zu beschreiben

8.     Anwendungen von 2D Material und ihre Heterostrukturen für elektronische, optoelektronische, spintronische und solarenergie-Anwendungen zu diskutieren.

Voraussetzungen

Es gibt keine weiteren Voraussetzungen, außer denen im Masterstudium verlangt.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Zweidimensionale Materialien Wurstbauer, U.
Leitung/Koordination: Holleitner, A.
Dienstag, 10:00–12:00

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung, Präsentation, Diskussionen, Laborbesuche

Medienformen

Präsentationen im Vorlesungsraum

Literatur

Vorlesungskript und die darin gegebenen Zitate

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.