Elektronen in Festkörpern: elektrische, optische und magnetische Eigenschaften

Vorlesungsbeginn: Montag, 13.04.2025 um 14:15 im Seminarraum 47.2.102

Stundenplan:

• montags, 14:15 – 16:00 im Seminarraum 47.2.102
• mittwochs, 10:15 – 12:00 im Seminarraum 45.2.103
• donnerstags, 16:15 – 18:00 im Seminarraum 43.2.102

Die Studierenden können grundlegende Konzepte der Quantenmechanik – wie den Welle-Teilchen-Dualismus, die Schrödingergleichung und den Tunneleffekt – mathematisch beschreiben und deren Bedeutung für die Festkörperphysik erläutern. Sie analysieren einfache quantenmechanische Modelle zur Beschreibung von Elektronen in Festkörpern (z. B. freies Elektronengas, Kronig-Penney-Modell) und interpretieren E(k)-Beziehungen zur Darstellung elektronischer Bandstrukturen. Darauf aufbauend können sie die elektrische Leitfähigkeit verschiedener Materialsysteme (Metalle, Halbleiter, niedrigdimensionale Systeme) in Abhängigkeit von Bandstruktur und Dimensionalität erklären und berechnen. Für Halbleitermaterialien können die Studierenden das Konzept der effektiven Masse, die Ladungsträgerstatistik, Dotierungseffekte und die Ladungsträgerbeweglichkeit erläutern und zur Analyse temperatur- und feldabhängiger Eigenschaften heranziehen. Sie sind in der Lage, das physikalische Funktionsprinzip eines pn-Übergangs sowohl qualitativ als auch quantitativ zu beschreiben und typische Strom-Spannungs-Kennlinien zu analysieren. Darüber hinaus können sie die optischen Eigenschaften unterschiedlicher Materialklassen mithilfe geeigneter physikalischer Modelle erklären und auf technisch relevante Beispiele aus dem Bereich der Optoelektronik anwenden. Sie besitzen die Fähigkeit, technisch relevante Eigenschaften magnetischer Materialien auf Basis atomistischer und mikromagnetischer Modelle einzuordnen und an ausgewählten Bauelementen den Zusammenhang zwischen physikalischen Grundlagen und technologischen Anwendungen quantitativ zu analysieren.

Die einzelnen Themenschwerpunkte sind:
• Welle-Teilchen-Dualismus
• Die Schrödingergleichung
• Elektronische Bandstruktur kristalliner Festkörper
• Elektronen in kristallinen Festkörpern
• Elektrische Leitfähigkeit in Metallen
• Gitterschwingungen (Phononen)
• Halbleiter
• Dielektrische und optische Eigenschaften
• Magnetische Eigenschaften