Lehrinhalte
Ziel der Vorlesung ist die Vermittlung physikalischer Grundlagen im Bereich der Festkörperphysik und verschiedener experimenteller Untersuchungsmethoden bis hin zum aktuellen Stand der Forschung. In Vorlesungen und Laborpraktika an Forschungsapparaturen sollen die experimentellen und theoretischen Grundlagen der Festkörperphysik vertieft und der Bezug zu Anwendungen in Materialwissenschaften, Elektronik, Photonik und Quantentechnologien erarbeitet werden.
Festkörperphysik I:
Aufbau des idealen und gestörten Festkörpers (u.a. Bindungen, Kristallstrukturen, Quasikristalle, Kristallzüchtungsverfahren, Epitaktisches Wachstum, Defekte, …)
Struktureigenschaften von Kristallen & Beugung an periodischen Strukturen (u.a. Beugungstheorie, reziprokes Gitter, Röntgenbeugung, …)
Dynamik von Kristallstrukturen (u.a. akustische & optische Phononen, Zustandsdichten, Ramanstreuung, Neutronenstreuung, …)
Thermische Eigenschaften (u.a. Debye-Näherung, spezifische Wärme, thermische Ausdehnung, Wärmeleitung in kristallinen, amorphen und niederdimensionalen Systemen, …)
Freie Elektronen im Festkörper (u.a. 1D/2D/3D-Zustandsdichten, Fermi-Dirac-Verteilung, spezifische Wärme & thermische Leitfähigkeit, Transport in Nanostrukturen, …)
Elektronische Bandstruktur (u.a. Brillouinzonen, Blochwellen, Tight-Binding-Näherung, Dichtefunktionaltheorie, …)
Transportphänomene (u.a. Boltzmanngleichung, Relaxationszeitansatz, elektrische Leitfähigkeit, Streumechanismen, Single Electron Transistor, Coloumb-Blockade, …)
Festkörperphysik II:
Dielektrische Funktion & optische Eigenschaften (u.a. Plasmonen, Polaritonen, Exzitonen, Burstein-Moss-Shift, Franz-Keldysh Effekt, Quantum Confined Stark Effekt, …)
Festkörperoberflächen & Grenzflächen (u.a. Oberflächenrekonstruktionen, Funktionalisierung, Hybridstrukturen, …)
Halbleiter (u.a. Bandstruktur, effektive Masse & Beweglichkeit, Driftgeschwindigkeit, Gunn-Effekt, Punktdefekte, Dotierung, pn-Diode, Tunneldiode, Metall-HL-Übergang, ...)
Funktionsprinzipien von Halbleiterbauelementen (u.a. Solarzelle, Leuchtdiode, Laserdiode, Feldeffekt- & Bipolartransistor, Bandgap-Engineering, 2D-Materialien, ...)
Magnetismus (u.a. Dia-, Para-, Ferromagnetismus, Spintronic, Giant Magneto Resistance, Anwendungen von Magnetfeldern, ...)
Supraleitung (u.a. Meißner-Ochsenfeld-Effekt, London-Gleichung, BCS-Theorie, Kohärenzlänge, Cooper-Paare, Josephson-Kontakt, Hochtemperatursupraleiter, …)
Vorlesungsbegleitend finden Übungen statt, bei denen die Studierenden in kleinen Gruppen experimentelle Methoden kennen lernen, diese in Form eines Vortrags den anderen Übungsteilnehmern vermitteln und anschließen im Labor an Forschungsapparaturen demonstrieren sollen.
Es werden auch Aspekte der gesellschaftlichen Verantwortung, Nachhaltigkeit und Technikfolgenabschätzung angesprochen, z.B. in den Bereichen Treibhauseffekt und Klimawandel, Photovoltaik, energieeffiziente Lichterzeugung mittels LEDs, energieeffiziente Elektronik und Photonik, energieeffizienter Stromtransport und verschiedene Aspekte im Bereich der Quantentechnologien.
