Experimentalphysik 6: Festkörperphysik (EPL-6 [EP-MAT4])7.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Experimental Physics 6: Solid State Physics)
(Prüfungsordnungsmodul: Experimentalphysik 4: Festkörperphysik)

Lehrveranstaltungen:

• • Festkörperphysik
    (Vorlesung, 4 SWS, Sabine Maier, Mo, Mi, 10:00 - 12:00, HH; Erste Vorlesung findet am 27.4 statt)
  • Übungen zur Festkörperphysik
    (Übung, 2 SWS, Sabine Maier et al., Mi, 12:00 - 14:00, SR 00.103, HD, SR 01.779; Fr, 10:00 - 12:00, 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: lineare ein- und zwei-atomare Ketten, 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, Schottky-Kontakt, Feldeffekttransistor

Dielektrische Eigenschaften der Materie

• Dielektrische Funktion

• Lorentz-Oszillator, Drude-Modell (AC)

Magnetismus

• Paramagnetismus, Diamagnetismus; Magnetische Ordnung

• Magnetismus lokalisierter Momente

• Magnetismus freier Elektronen

Supraleitung

• Meißner-Ochsenfeld-Effekt, Eindringtiefe, London-Gleichungen, Supraleiter 1. und 2. Art

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

• kennen die grundlegenden Phänomene der dielektrischen und magnetischen Eigenschaften von Festkörpern sowie der Supraleitung

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

Literatur:

• Harald Ibach, Hans Lüth; Festkörperphysik - Einführung in die Grundlagen, 7. Auflage (2009); Springer, ISBN 978-3-540-85794-5
  

• Philip Hofmann, Einführung in die Festkörperphysik, Weinheim, Wiley-VCH, (2013), ISBN: 978-3-527-67463-3
  

• Charles Kittel; Einführung in die Festkörperphysik, 15. Auflage (2013), Oldenbourg Verlag, ISBN 978-3-486-59755-4

• Neil W. Ashcroft, David N. Mermin, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag, 4. Auflage (2013), ISBN 978-3-486-71301-5, 1050 S.

• Rudolf Gross, Achim Marx, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag 2012, ISBN 978-3-486-71294-0

• Siegfried Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg, (2014) 4. Auflage, ISBN: 978-3-486-59045-6

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

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 4: Festkörperphysik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Klausur zu Festkörperphysik (Prüfungsnummer: 70601)

(englischer Titel: Written examination on solid state physics)

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

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: SS 2022, 1. Wdh.: WS 2022/2023

1. Prüfer:

Sabine Maier