Materialphysik auf atomarer Skala 2
Materials Physics on an Atomistic Scale 2

Modul PH2219

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

PH2219 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch 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 PH2219 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 einer einführenden Festkörperphysik-Vorlesung und in Fortführung des Modules PH2218: Materialphysik auf atomarer Skala 1 werden die folgenden Themen detailliert behandelt werden:

  • Oszillationen der Atome um ihre Gleichgewichtspositionen -- Phononen
  • 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 

  • das Konzept der Phononen, ihre Äste und Symmetrien über den reziproken Raum, Zustandsdichten und anharmonische Effekte zu verstehen
  • die atomar-skaligen Mechanismen von Diffusionsprozessen in elementaren Systemen und geordneten Verbindungen zu beschreiben
  • die Prinzipien quasi-elastischer Streumethoden zu verstehen
  • die Konzepte zur Beschreibung des nicht-kristallinen Zustands wie beispielsweise Paarverteilungsfunktionen zu verwenden und die atomare Dynamik spezifisch für nicht-kristalline Systeme zu verstehen
  • die Arten der Phasenübergänge und Ordnungs-Ordnungs-Übergänge zu verstehen
  • den Pfad durch den Konfigurationsraum, den ein gegebenes System nach einer Änderung externer Parameter nehmen wird, in einer qualitativen Weise vorherzusagen
  • 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. Die Teilnahme am Modul PH2218: Materialphysik auf atomarer Skala 1 ist nützlich, aber keine strikte Voraussetzung. 

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Materialphysik auf atomarer Skala 2 Leitner, M. Montag, 16:00–18:00
sowie einzelne oder verschobene Termine

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.

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.