1. Modultitel und Modulnummer:

Modul 19: Grundlagen Nanowissenschaften

2. Lehrveranstaltungen des Moduls:

1. Vorlesung Festkörper- und Oberflächenphysik I (4 SWS) mit Demonstrationsexperimenten

2. Vorlesung Nanostrukturphysik I (2 SWS) mit Praktikum/ Übung (1 SWS)

3. Modulverantwortliche(r):

Verantwortlich sind die Lehrenden, Professor(inn)en und Dozent(inn)en der Physik im Wechsel

4. Lehrinhalte:

Die Veranstaltungen führen die Studierenden in die Konzepte, Methoden und Ergebnisse der modernen Festkörper- und Oberflächenphysik ein und vertiefen die Kenntnisse speziell zur Herstellung von und zu physikalischen Phänomenen in Nanostrukturen.

Festkörper- und Oberflächenphysik I:

- Aufbau kondensierter Materie (Kristalle, amorphe Systeme)

- Konzepte zur Beschreibung periodischer Strukturen (Gitter, Basis, reziprokes Gitter)

- Strukturbestimmung (Röntgen-, Elektronen- und Neutronenbeugung, Rastermethoden)

- Bindungstypen und –energien

- Elastische Eigenschaften und Gitterschwingungen

- Thermische Eigenschaften (Wärmeleitung, -kapazität)

- Metallisches Verhalten: das Modell des Freien Elektronengases (elektrische Leitfähigkeit, Abschirmung, Hall-Effekt)

- Das fast freie Elektronengas: elektronische Bandstruktur (Bänder, Bandlücken)

- Metalle

- Isolatoren und Halbleiter

- Besonderheiten an Oberflächen

- magnetische Eigenschaften

- Phänomenologie der Supraleitung

Der Besuch der Übungen zur Vorlesung wird im Rahmen der „Individuellen Ergänzung“ empfohlen.

Nanostrukturphysik I:

Diese Vorlesung behandelt die physikalischen Grundlagen der modernen Nanowissenschaften und Nanotechnologien. Diese umfassen die Herstellung, Charakterisierung, Struktur und physikalischen Eigenschaften von dünnen Schichten und Nanostrukturen. Aufgrund veränderter mechanischer, elektrischer, optischer, magnetischer, etc. Eigenschaften in Nanometerdimensionen eröffnen sich neue Anwendungsgebiete in unterschiedlichsten Industriesparten. Ein Verständnis dafür soll erarbeitet werden.

5. Kompetenzen:

Die Studierenden lernen die wichtigsten strukturellen Eigenschaften von Festkörpern und die für periodische Gitter entwickelten grundlegenden Begriffe und theoretische Konzepte kennen. Sie erwerben grundlegende Kenntnisse zu den experimentellen Methoden, verstehen die wesentlichen Phänomene, die das Verhalten kondensierter Materie kennzeichnen und erwerben Einblick in deren technologische Anwendungen.

Aufbauend auf diesen Kenntnissen lernen die Studierenden die wichtigsten Konzepte zur Herstellung von Nanostrukturen (physikalisch, chemisch) kennen, die besonders in Nanostrukturen auftauchenden physikalischen Phänomene (Coulomblockade, Quantisierungseffekte, magnetische Kopplungseffekte) und die theoretischen Modellvorstellungen zu deren Beschreibung kennen.

6. Anzahl Einzelleistungen:

Eine benotete modulbezogene Einzelleistung (Teil 1 und Teil 2)

7. Erbringungsformen:

Klausur oder mündliche Prüfung

8. Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten:

Bestehen der Klausur/mündlichen Prüfung (über beide Vorlesungen und die Übung/das Praktikum), regelmäßige aktive Teilnahme: begleitend zur Vorlesung muss eine Nacharbeitung anhand von Physik-Lehrbüchern erfolgen. Zu der Übung müssen Aufgaben bearbeitet und in den Übungen vorgerechnet werden, die Übungsaufgaben werden jeweils eine Woche vorher ausgegeben.

9. Arbeitsaufwand und Leistungspunkte:

10. Teilnahmevoraussetzungen und Vorkenntnisse:

Module 3 und 5

11. Modultyp und Verwendbarkeit des Moduls:

Pflichtmodul des vertiefenden Studiums im Bachelorstudiengang Vertiefung Biophysik (FsB 5.3.2)

12. Dauer des Moduls/Angebotsturnus:

Zweisemestrig, Teil 1 im Sommersemester, Teil 2 im Wintersemester