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Materialphysik auf atomarer Skala 1
Materials Physics on an Atomistic Scale 1

Modul PH2218

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 2018/9SS 2015

Basisdaten

PH2218 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 30 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2218 ist Michael Leitner.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul beschäftigt sich mit der Anordnung und der Bewegung von Atomen in Festkörpern. Da diese Aspekte die makroskopischen Eigenschaften von Materie zu einem großen Teil bestimmen, ist ihr mikroskopisches Verständnis grundlegend für beispielsweise das Optimieren von Materialen für technologische Anwendungen.

Hinausgehend über den Rahmen einer einführenden Festkörperphysik-Vorlesung auf Bachelorniveau werden die folgenden Themen der statischen Anordnung von Atomen in Festkörpern detailliert behandelt:

  • Symmetrien -- Punktgruppen, Raumgruppen, Bravaisgitter, Positionen innerhalb der Elementarzelle
  • Kristallstrukturen -- elementare Systeme und Verbindungen
  • Punktdefekte
  • Ordnungsaspekte -- Nah- und Fernordnung
  • Statistik und Thermodynamik -- fundamentale Modelle zur Vorhersage observabler Größen aus mikroskopischen Parametern
  • Phasen und Phasendiagramme

Für alle oben angeführten Punkte wird sowohl eine generelle Beschreibung der relevanten Konzepte als auch ihre Motivierung über mikroskopische Modelle gegeben werden, aber auch eine Diskussion ihrer Realisierungen in typischen Systemen.  Im folgenden Sommersemester wird sich der zweite Teil der Vorlesung mit der Dynamik von Atomen in Festkörpern beschäftigen, dh. oszillatorischer (Phononen) und diffusiver Dynamik, sowie deren Relevanz für die Materialphysik.

Das Modul wird im Folgesemester mit dem Modul PH2219 ergänzt.

Lernergebnisse

Nach dem erfolgreichen Absolvieren des Moduls sind die Studenten in der Lage

  • die wesentlichen Kristallstrukturen aufzulisten und im Hinblick auf ihre Symmetrien zu analysieren
  • zu verstehen und vorherzusagen, welche Struktur ein gegebenes System zeigen wird
  • die Konzepte zur Beschreibung von Punktdefekten anzuwenden und ihr Verhalten nachzuvollziehen
  • einfache statistische und thermodynamische Modelle anzuwenden
  • Phasendiagramme zu lesen und thermodynamische Verhältnisse abzuleiten, sowie andererseits die aus gegebenen mikrokopischen Parametern resultierenden Phasendiagramme zu bestimmen
  • typische Werte der physikalischen Größen relevant für die atomare Skala, wie z.B. Abstände und Energien, zu reproduzieren und die Konsequenzen zu verstehen

Generell soll dieses Modul die Voraussetzungen liefern, die Ergebnisse experimenteller oder theoretischer Untersuchungen relevanter Aspekte in den aktuellen Stand der Wissenschaft einordnen zu können, und damit auf eigenständige Forschung vorbereiten.

Voraussetzungen

Keine Vorbedingungen, die über die Zulassungsanforderungen für das Masterstudium hinausgehen

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Materialphysik auf atomarer Skala 1 Leitner, M. Mi, 16:00–18:00, PH-Cont. C.3203

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung werden die Lerninhalte mittels Tafelanschrift und mündlicher Vortrag präsentiert, wobei die behandelten Phänomene in einer detaillierten Diskussion erläutert werden. Aktive Beiträge der Studenten (Verständnisfragen) sind hierbei erwünscht. Die Nachbereitung erfolgt im Selbststudium mithilfe des zur Verfügung gestellten Skripts.

Medienformen

Ein Vorlesungsskript wird zur Verfügung gestellt (umreißt die wesentlichen Inhalte, ersetzt aber nicht die in der Vorlesung gebotene tiefergehende Diskussion).

Literatur

Grundlagen der Festkörperphysik:

  • N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Solid State Physics
  • H. Ibach, H. Lüth: Festkörperphysik
  • Ch. Kittel: Introduction to Solid State Physics
  • R. Gross, A. Marx: Festkörperphysik
  • U. Rössler: Solid State Theory: An Introduction

Statistische Physik:

  • F. Schwabl: Statistische Mechanik

klassische Metallphysik:

  • G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Metallkunde
  • P. Haasen: Physikalische Metallkunde

klassische Festkörperchemie:

  • J. Maier: Festkörper - Fehler und Funktion

atomare Aspekte der Festkörper:

  • M. T. Dove: Structure and Dynamics: An Atomic View of Materials

spezielle Aspekte:

  • W. Borchardt-Ott, H. Sowa: Kristallographie. Eine Einführung für Naturwissenschaftler
  • R. J. D. Tilley: Defects in Solids

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 Erläuterungen der relevanten Konzepte sowie typischer Realisierungen in Festkörpern überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Skizzierung und Diskussion fundamentaler Kristallstrukturen, deren Symmetrien, prototypischer Vertreter
  • Temperaturabhängigkeit der Konzentration von Punktdefekten, Erläuterung der Konzepte der Formierungsenergie und -entropie
  • Diskussion von Nahordnung, Definition der Warren-Cowley-Parameter
  • Erläutern von Phasendiagrammen

Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel erlaubt.

Hinweise zu assoziierten Modulprüfungen

Die Prüfung zu diesem Modul kann auch gemeinsam mit der Prüfung zum assoziierten Folgemodul PH2219: Materialphysik auf atomarer Skala 2 / Materials Physics on an Atomistic Scale 2 nach dem Folgesemester abgelegt werden. In diesem Fall müssen Sie sich für beide Prüfungstermine erst im Folgesemester anmelden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester 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 Materialphysik auf atomarer Skala 1
Mo, 4.2.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor So, 24.03.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before Sun, 2019-03-24. bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 3.2.2019)
Di, 26.3.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin von Mo, 25.03.2019 bis Sa, 27.04.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date from Mon, 25.03.2019 till Sat, 27.04.2019. bis 25.3.2019
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