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.

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 40 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2218 ist Winfried Petry.

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 der Festkörperphysik-Vorlesung des letzten Semesters werden die folgenden Themen detailliert behandelt werden:

  • die Anordnung von Atomen in einem Festkörper -- Kristallstrukturen und Symmetrien, Legierungen und geordnete Verbindungen, statistische Modelle und Phasendiagramme
  • Abweichungen von dieser idealen Ordnung -- Punktdefekte, Versetzungen, Korngrenzen, Oberflächen
  • Oszillationen der Atome um ihre Gleichgewichtspositionen -- Phononen

Im folgenden Sommersemester wird sich der zweite Teil des Moduls befassen mit:

  • Atome die ihren Platz wechseln -- diffusive Dynamik, Sprungmechanismen in elementaren Systemen und geordneten Verbindungen, Massenfluss
  • Zusammenbruch der langreichweitigen Ordnung -- Gläser, Schmelzen, und ihre Dynamik
  • Übergänge zwischen verschiedenen Ordnungszuständen -- Dynamik und Kinetik von Phasenübergängen

Für alle oben angeführten Punkte ist sowohl eine Beschreibung der physikalisch beobachteten Phänomene als auch ihre Motivierung über mikroskopische Modelle geplant. Weiters werden die relevanten experimentellen Techniken angeführt und ihr Prinzip erklärt werden, und sofern möglich werden Computermodelle der Effekte präsentiert und den Studenten zum Herumprobieren zur Verfügung gestellt werden. 

Lernergebnisse

Nach dem erfolgreichen Absolvieren des Moduls werden die Studenten in der Lage sein 

  • die wichtigen Kristallstrukturen aufzulisten und im Hinblick auf ihre Symmetrien zu analysieren
  • das qualitative Verhalten der Interaktionen zwischen Atomen und deren Beziehung zu den resultierenden atomaren Anordnungen zu diskutieren
  • die Konzepte des reziproken Raums zu verwenden
  • Modelle für die Freie Energie aufzustellen und zu lösen um Defektkonzentrationen und qualitative Phasendiagramme zu bestimmen
  • das Konzept der Phononen, ihre Äste und Symmetrien über den reziproken Raum, Zustandsdichten und anharmonische Effekte zu verstehen
  • experimentelle und/oder theoretische Methoden für das Klären einfacher Probleme der atomar-skaligen Materialphysik vorzuschlagen und ihre Wahl zu begründen

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. Mittwoch, 16:00–18:00

Lern- und Lehrmethoden

Tafelanschrift und mündlicher Vortrag mit aktiven Beiträgen der Studenten (Verständnisfragen), gelegentliche Verwendung des Projektors für Diagramme, Demonstration einfacher Computermodelle (die den Studenten für eigenständiges Herumprobieren zur Verfügung gestellt werden)

Medienformen

kleine Programmskripte zur Demonstrierung einfacher Modelle

Literatur

Grundlagen der Festkörperphysik:

  • Neil W. Ashcroft, N. David Mermin: Solid State Physics
  • H. Ibach, H. Lüth: Festkörperphysik
  • Ch. Kittel: Introduction to Solid State Physics
  • R. Gross, A. Marx: Festkörperphysik

Statistische Physik:

  • F. Schwabl: Statistische Mechanik

Materialphysik:

  • G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Metallkunde
  • P. Haasen: Physikalische Metallkunde
  • D. A. Porter, K. E. Easterling: Transformations in Metals and Alloys

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

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

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, 3.4.2017 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin zwischen 3.4.2017 und 29.4.2017. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date between 2017-04-03 and 2017-04-29. bis 2.4.2017
Mo, 6.2.2017 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor 1.4.2017. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before 2017-04-01. bis 15.1.2017 (Abmeldung bis 5.2.2017)

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.