Experimentalphysik 6: Festkörperphysik (EP-6)7.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Experimental Physics 6: Solid State Physics)

Lehrveranstaltungen:

• • Experimentalphysik 6: Festkörperphysik
    (Vorlesung, 3 SWS, Peter Hommelhoff, Mo, jede 2. Woche Mi, 10:00 - 12:00, HH)
  • Übung zur Experimentalphysik 6: Festkörperphysik
    (Übung, Peter Hommelhoff et al., Mo, 12:00 - 14:00, SR 01.332, SR 01.683, SR 01.779, SR 00.103; Di, 8:00 - 10:00, SR 01.332, SR 00.103)

Inhalt:

Gittersystem

• Kristallstruktur und Chemische Bindung

Bravais-Gitter; Kristallstrukturen, Symmetrien und Klassifizierung; reziprokes Gitter; Streuung am Gitter, Laue-Bedingung, Strukturfaktor, Streumethoden; chemische Bindung

• Dynamik des Kristallgitters

Klassisches Modell: 2-atomige Kette, Dispersionsrelation; Quantenmechanik: Phononen; Thermodynamik des Phononensystems, Debye-Modell, Einstein-Modell; Phononenspektroskopie

Elektronensystem

• Freies Elektronengas

Teilchen im Kasten, Fermi-Kugel, Fermi-Dirac-Statistik; Spezifische Wärme

• Elektronen im periodischen Potential

Blochtheorem; Fast freies Elektronengas, Bandstruktur; Tight-binding Bandstruktur; reale Bandstrukturen, Zustandsdichten; experimentelle Methoden zur Bestimmung der Bandstruktur

• Semiklassische Beschreibung

Offene und abgeschlossene Bänder; semiklassische Bewegungsgleichungen, effektive Masse, Elektronen und Löcher

Transportphänomene

• Ladungstransport

Drude-Transport; Boltzmann-Formalismus; elektrische Leitfähigkeit

Halbleiter

• Intrinsische Halbleiter

Isolatoren; Ladungsträgerstatistik

• Dotierte Halbleiter

Ladungsträgerstatistik; Leitfähigkeit, Hall-Effekt

• Halbleiter-Bauelemente

pn-Übergang

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• erläutern und erklären die experimentellen Grundlagen und die quantitativ-mathematische Beschreibung des Gitter- und Elektronensystems von Festkörpern sowie von Transportphänomenen und Halbleitereigenschaften gemäß den detaillierten Themen im Inhaltsverzeichnis

• wenden die physikalischen Gesetze und jeweiligen mathematischen Methoden auf konkrete Problemstellungen an

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. Ergänzende Modulstudien Physik (keine Abschlussprüfung angestrebt bzw. möglich): ab 1. Semester
   (Po-Vers. 2017w | NatFak | Ergänzende Modulstudien Physik (keine Abschlussprüfung angestrebt bzw. möglich) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 6: Festkörperphysik)
2. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien): ab 5. Semester
   (Po-Vers. 2007 | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 6 LA: Festkörperphysik)
3. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien): ab 5. Semester
   (Po-Vers. 2010 | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 6 LA: Festkörperphysik)
4. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien): ab 5. Semester
   (Po-Vers. 2018w | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 6 LA: Festkörperphysik)
5. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien)
   (Po-Vers. 2020w | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 6 LA: Festkörperphysik)
6. Physik (Bachelor of Science): ab 5. Semester
   (Po-Vers. 2010 | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Experimentalphysik 6: Festkörperphysik)
7. Physik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2018w | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 6: Festkörperphysik)
8. Physik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2020w | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 6: Festkörperphysik)
9. Physik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2010 | NatFak | Physik (Master of Science) | Gesamtkonto | Physikalische Wahlfächer | Experimentalphysik 6: Festkörperphysik)
10. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Master of Science) | Gesamtkonto | Physikalische Wahlfächer | Experimentalphysik 6: Festkörperphysik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Klausur zur Experimentalphysik 6 (Prüfungsnummer: 62111)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [1], [6], [7], [8], [9], [10])

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: WS 2022/2023 (nur für Wiederholer)

1. Prüfer:

Peter Hommelhoff

Experimentalphysik: Festkörperphysik (Prüfungsnummer: 67511)

(englischer Titel: Experimental physics: Solid state physics)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [2], [3], [4], [5])

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 7.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: SS 2023 (nur für Wiederholer)

1. Prüfer:

Peter Hommelhoff