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Modul 54.16: Aspekte der Festkörperphysik
2. Lehrveranstaltungen des Moduls:
Halbleiterphysik: Vorlesung (2 SWS)
Magnetismus I, II: jeweils Vorlesung (2 SWS)
Supraleitung: Vorlesung (2 SWS)
3. Modulverantwortliche(r): Verantwortlich sind die Lehrenden, Professor(inn)en und Dozent(inn)en der
Physik im Wechsel
4. Lehrinhalte:
Die Halbleiterphysik behandelt sowohl die physikalischen Grundlagen als auch moderne
Anwendungen der Halbleitertechnologie. Ausgehend von den fundamentalen Aspekten der
Halbleiter, ihrer Materialien und den physikalischen Eigenschaften werden Konzepte von
Bauelementen und der Mikroelektronik erarbeitet, wie sie in der heutigen IT- und Multimedia-Welt
eingesetzt werden. Im Einzelnen umfasst die Thematik der Halbleiterphysik folgende Punkte:
Bändermodell des Halbleiters, Transporteigenschaften des Halbleiters, Quanteneffekte in Halbleitern,
Siliziumtechnologie, Bauelemente der Zukunft
Magnetismus: Magnetische Dünnschichtsysteme haben ein breites Anwendungsfeld erobert, welches
von Bauelementen wie magnetische Festplatten, GMR-Leseköpfen und Drehwinkelsensoren bis hin
zu nichtflüchtigen Schreib-Lesespeichern reicht. In dieser Vorlesung soll ausgehend vom atomaren
Magnetismus die theoretische Grundlage des Magnetismus in Festkörpern vermittelt werden. Dabei
steht neben dem Dia- und Paramagnetismus von Isolatoren und Metallen vor allem der kollektive
Magnetismus (Ferro-, Antiferro- and Ferrimagnetismus) im Mittelpunkt. Anschließend werden
experimentellen Methoden zur Charakterisierung von magnetischen Festkörpern behandelt, welche
sich von der Bestimmung integraler wie auch elementspezifischer magnetischer Momente bis hin zur
zeit- und ortsaufgelösten Verfolgung von Ummagnetisierungsvorgängen erstrecken. Danach werden
spezielle Aspekte magnetischer Dünnschichtsysteme wie z.B. Domänenbildung in Nanostrukturen
und Kopplungsphänomene zwischen Magnetschichten diskutiert um abschließend die Funktionalität
der oben genannten Bauelemente verstehen zu können. Die Vorlesung ist wie folgt gegliedert: Teil I:
Maxwell Gleichungen, Magnetostatik, Klassifizierung der magnetischen Materialien, Dia- und
Paramagnetismus, Kollektiver Magnetismus Teil II: Messung magnetischer Eigenschaften,
Magnetismus in dünnen Schichten, (Magnetische Mikrostrukturen, magnetische Wechselwirkungen),
Anwendung von magnetischen Dünnschichtsystemen in der Datenspeicherung und Sensorik
Supraleitung: Es wird eine Einführung in die Grundlagen der Supraleitung und ihrerAnwendung
gegeben. Nach der Beschreibung der Eigenschaften dessupraleitenden Zustandes wird ein Überblick
der verschiedenentheoretischen Modelle präsentiert. Darüber hinaus werdenSupraflüssigkeiten
besprochen, da die Supraleitung ein Spezialfalldieses Phänomens darstellt. Der letzte Teil der
Vorlesung behandelt denÜberlapp mit dem Magnetismus und neueste Forschungsrichtngen wie die
Idee eines Quantencomputers auf Basis supraleitender Nanostrukturen.
5. Kompetenzen:
Das Modul „Aspekte der Festkörperphysik“ vertieft Inhalte der modernen Festkörperphysik. Dabei werden
einzelne Themengebiete, wie Magnetismus, Halbleiterphysik, Metallphysik, Supraleitung, usw. ausgewählt
und angeboten. Diese Themengebiete können zukünftig auch variiert werden. Zunächst ist vorgesehen, mit
den Kapiteln der Halbleiterphysik und des Magnetismus zu beginnen.
Es wird in grundlegende Phänomene, Messmethoden der modernen Experimentalphysik und apparative
Es wird in grundlegende Phänomene, Messmethoden der modernen Experimentalphysik und apparative
Techniken eingeführt. Technologische Anwendungen werden vermittelt.
6. Anzahl Einzelleistungen (benotet und unbenotet): eine benotete Einzelleistung
7. Prüfungsformen: Klausur oder mündliche Prüfung
8. Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten: Regelmäßige aktive Teilnahme, Bestehen der
Klausur oder der mündlichen Prüfung
9. Arbeitsaufwand und Leistungspunkte: Leistungspunkte (LP) für das Modul: 6 LP aus möglichen 12 LP
10. Teilnahmevoraussetzungen und Vorkenntnisse: Kenntnisse entsprechend dem Stoff von Festkörper- und
Oberflächenphysik I (siehe 52.1).
11. Modultyp und Verwendbarkeit des Moduls: Wahlpflichtmodul für den Masterstudiengang Physik. Das
Modul ist verwenbar für die Module 54, 55 und 56.
12. Dauer des Moduls/Angebotsturnus: Die Veranstaltungen werden regelmäßig, aber nicht unbedingt in
festem Turnus angeboten.