PHY.03161.01 - Struktur der Materie (LAG) (Vollständige Modulbeschreibung)

Prof. Dr. Wolf Widdra, PD Dr. Angelika Chassé

Verständnis und Kenntnis der Struktur der Materie: Grundlegende Konzepte vom Atom zum Festkörper.
Aufbauend auf den Grundkonzepten der klassischen Mechanik und der Quantenmechanik wird die theoretische Beschreibung auf statistische Ensembles erweitert. Mit diesem Verständnis soll die Vorgehensweise und der Kenntnisstand der Experimentalphysik im Bereich der Struktur der Materie mit Schwerpunkt Atom-, Molekül- und Kernphysik sowie Physik der kondensierten Materie vermittelt werden. Es sollen dabei thematische Schwerpunkte betont werden, die enge Verknüpfungen zur Alltagswelt von Schülern ermöglichen.

`Atom-, Kern- und Molekülphysik`
a. Entwicklung der Atomvorstellung, grundlegende `Quanten`-Experimente
b. Bohrsches Atommodell, Welle-Teilchen Problematik
c. Grundlagen der Quantenmechanik, Wasserstoffatom
d. Atome mit mehreren Elektronen
e. Emission und Absorption elektromagnetischer Strahlung
f. Moleküle, Bindungen, Orbitale
g. Atome/Moleküle mit externen Feldern, Einführung Spektroskopische Methoden
h. Aufbau des Atomkerns, Kernkräfte, Kernmodelle und -zerfälle, Kernenergie, Kernfusion, Elementsynthese in Sternen
`Statistische Physik`
a. Klassische statistische Mechanik (Gleichgewicht, Entropie, Temperatur, Maxwell-Boltzmann-Verteilung, Beispiele: Ideales Gas, Idealer Paramagnet)
b. Statistik und Thermodynamik (Statistische Ensemble, thermodynamische Potentiale, Response-Funktionen, thermische Eigenschaften von realen Gasen)
c. Quantenstatistik (Elektronengas in Metallen, Photonengas, Wärmekapazität von Festkörpern)
`Festkörperphysik`
a. Chemische Bindung und Wechselwirkungen in kondensierter Materie
b. Kristallstruktur: Einheitszelle, Kristallgitter, reziprokes Gitter, Brillouinzonen, Streubedingungen und Strukturanalyse
c. Dynamik des Kristallgitters: Phononen, akustische und optische Phononen, Zustandsdichte und spezifische Wärme
d. Elektronen im Festkörper: Metalle, Halbleiter, Dotierung, Gitterfehler, Elektronische Bauelemente (Diode, Transistor)
e. Magnetismus: Dia-, Para- und Ferromagnetismus, Hall-Effekt, Zyklotron-Resonanz
f. Supraleitung, Meissner-Effekt, Cooper-Paare
g. Struktur ungeordneter Festkörper, Gläsern, Flüssigkristallen, Flüssigkeiten und Polymeren

mündl. Prüfung, Seminarvortrag oder Klausur `Atom- und Molekülphysik`, mündl. Prüfung, Seminarvortrag oder Klausur `Statistische Physik`, mündl. Prüfung, Seminarvortrag oder Klausur `Festkörperphysik`