Technische Universität Ilmenau

Technische Physik 1 - Modultafeln der TU Ilmenau

Die Modultafeln sind ein Informationsangebot zu den Studiengängen der TU Ilmenau.

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Modulinformationen zu Modulnummer 200371 - allgemeine Informationen
Modulnummer200371
FakultätFakultät für Mathematik und Naturwissenschaften
Fachgebietsnummer2424 (Experimentalphysik I)
Modulverantwortliche(r)Prof. Dr. Jörg Kröger
SpracheDeutsch
Turnusganzjährig
Vorkenntnisse

Experimentalphysik 1-4, Quantenmechanik

Lernergebnisse und erworbene Kompetenzen

Nach der Vorlesung haben die Studierenden grundlegenden Konzepte und die experimentellen Methoden der modernen Festkörperphysik verstanden. Ausgehend von der geordneten Struktur kennen die Studierenden die physikalischen Eigenschaften von Festkörpern, insbesondere von Gitterschwingungen und Elektronenzuständen. Die Studierenden sind fähig, die in der Vorlesung vorgestellten Konzepte in konkreten Problemstellungen bei den Übungen anzuwenden.

Inhalt

Festkörperphysik 1

Die Vorlesung legt die Grundlagen der modernen Festkörperphysik dar. Hierzu werden zunächst Bindungs- und Kristalltypen eingeführt. Beugungsmethoden zur Strukturanalyse motivieren das reziproke Gitter, die Ewald-Konstruktion, Struktur- und atomaren Formfaktor. Anschließend wird der Studierende mit den Dispersionsrelationen von akustischen und optischen Phononen konfrontiert. Das Einstein- und Debye-Modell der Phononen wird eingehend behandelt. Anharmonische Effekte im Festkörper werden anhand der thermischen Ausdehnung und der Wärmeleitung eingeführt. Einen weiteren Schwerpunkt der Vorlesung bildet die elektronische Struktur von Festkörpern. Beginnend mit dem Drude-Modell des klassischen Elektronengases, in dem das Wiedemann-Franz-Gesetz und der Hall-Effekt vorgestellt werden, werden anschließende Verfeinerungen im Sommerfeld-Modell des freien Fermi-Gases und in der Bloch-Theorie des nahezu freien Elektronengases im Potential des periodischen Festkörpergitters vorgenommen. Ein Höhepunkt ist die Beschreibung des Verhaltens eines nahezu freien Elektronengases im äußeren Magnetfeld. Die auftretenden Landau-Niveaus dienen als Grundlage für die beobachtbaren de-Haas-van-Alphén-Oszillationen. Im vorletzten Kapitel der Vorlesung werden die Grundlagen der Halbleiterphysik vermittelt. Hierbei spielen direkte, indirekte, intrinsische und dotierte Halbleiter eine Rolle. Die Grundlagen von Halbleiterbauelementen, nämlich Grenzflächen von unterschiedlich dotierten Halbleitern sowie der Schottky-Kontakt, werden behandelt.  Dielektrische Eigenschaften von Festkörpern bilden den Abschluss der Vorlesung. Der zentrale Begriff ist hierbei die dielektrische Funktion. Die Dispersion von Plasmonen, Phononen, Plasmon-Polaritonen und Phonon-Polaritonen wird ausführlich behandelt.

Techniken der Oberflächenphysik

Die Vorlesung stellt moderne Techniken der Oberflächenphysik vor. Schwerpunkte bilden die Strukturbestimmung von Oberflächen, die Analyse ihrer elektronischen und magnetischen Eigenschaften, die Spektroskopie von Substratphononen und Adsorbatschwingungen sowie die Beobachtung schneller Prozesse auf der Femtosekundenzeitskala. Ein tieferer Einblick in Konzepte der Oberflächenphysik wird in der Vorlesung "Oberflächen- und Grenzflächenphysik" des Wahlmoduls "Physik in reduzierten Dimensionen" vermittelt.

Medienformen und technische Anforderungen bei Lehr- und Abschlussleistungen in elektronischer Form

Tafel, Computer-Präsentation

Literatur

H. Ibach, H. Lüth, Solid-State Physics (Springer, Berlin, 2003)
N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, Solid State Physics (Saunders, New York, 1976)
J. Patterson, B. Bailey, Solid-State Physics (Springer, 2010)
M. P. Marder, Condensed Matter Physics (Wiley, 2010)
C. Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley, 2005)
S. Hunklinger, Festkörperphysik (Oldenbourg, 2007)
K. Kopitzki, Einführung in die Festkörperphysik (Teubner Studienbuch)
Ch. Weißmantel, C. Hamann: Grundlagen der Festkörperphysik (Barth, 1995)
K.-H. Hellwege, Einführung in die Festkörperphysik (Springer, 1994)
K. Seeger, Halbleiterphysik 1, 2 (Vieweg, 1992)
S. Haussühl, Kristallphysik (Physik-Verlag, 1983)
O. Madelung, Festkörpertheorie I - III (Springer)
C. Kittel, Quantum-Theory of Solids (Wiley)

A. Zangwill, Physics at surfaces (Cambridge University Press, 1998) 

H. Lüth, Surfaces and interfaces of solid materials (Springer, 1995)

M.C. Desjonquères, D. Spanjaard, Concepts in surface physics (Springer, 1996)

M. Henzler, W. Göpel, Oberflächenphysik des Festkörpers (Teubner, 1994)

G. Ertl, J. Küppers, Low energy electrons and surface chemistry
(Verlag Chemie, 1974)

S.G. Davison, M. Steslicka, Basic Theory of Surface States  (Clarendon, Oxford, 1996)

H. Ibach, Physics of Surfaces and Interfaces (Springer, Berlin, 2006)

H. Lüth, Solid Surfaces, Interfaces and Thin Films (Springer, Berlin, 2010)

A. Groß, Theoretical Surface Science (Springer, Berlin, 2009)

F. Bechstedt, Principles of Surface Physics (Springer, Berlin, 2003)

M. Prutton, Introduction to Surface Physics (Oxford University Press, 2002)

H. Kuzmany, Solid-State Spectroscopy (Springer, Berlin, 1998)

K. Oura et al., Surface science (Springer, 2003)

D.P. Woodruff, T.A. Delchar, Modern techniques of surface science
(Cambridge University Press, 1994)

D.J. O'Connor et al., Surface analysis methods in materials science
(Springer, 2003)

J.H. Moore et al., Building scientific apparatus (Perseus, 1991)

W. Umrath, Grundlagen der Vakuumtechnik (Leybold, 1997)

Lehrevaluation
Spezifik Referenzmodul
ModulnameTechnische Physik 1
Prüfungsnummer2400717
Leistungspunkte5
SWS8 (5 V, 3 Ü, 0 P)
Anzahl Semester2 Liste der SWS-Verteilungen
Präsenzstudium (h)90
Selbststudium (h)60
VerpflichtungPflichtmodul
Abschlussmündliche Prüfungsleistung, 45 Minuten
Details zum Abschluss
Alternative Abschlussform aufgrund verordneter Corona-Maßnahmen inkl. technischer Voraussetzungen

Abschlussleistung in Distanz entsprechend §6a PStO-AB

Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL
max. Teilnehmerzahl