Festkörperphysik

Prof. Lukas Schmidt-Mende

Der Kurs gibt eine Übersicht über die grundlegenden Eigenschaften kristalliner Festkörper:
Metalle, Isolatoren und Halbleiter. Im Mittelpunkt stehen dabei die strukturellen, thermischen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften dieser Materialien. Kollektive Phänomene wie Supraleitung und Magnetismus werden phänomenologisch und mikroskopisch gedeutet.

Klausur am Fr 21.02.2025 in R712 (Termin derzeit noch nicht sicher!)

Die Klausur war ursprünglich für Fr 21.02.2025 von 8.30 -10.30 Uhr in Raum R712 geplant. Aufgrund der Raumnot wegen weiterer Schließung des A-Gebäudes müssen die Klausurtermin allerdings ggf. neu terminiert werden. Sobald wir hier Informationen haben, werden wir es mitteilen.

Um an der Vorlesung teilnehmen zu können, müssen sie sich über ZEuS dazu anmelden. Alle angemeldeten Teilnehmern können auf Ilias auf die zur Verfügung gestellten Materialien der Vorlesung und Übung zugreifen.

Inhalt der Vorlesung

1. Einleitung und Motivation

1.1 Ziele der Festkörperphysik

1.2. Festkörperphysik an der Universität Konstanz

2. Bindungsarten in Festkörpern

2.1 Was hält einen Kristall zusammen?

2.2 Van der Waals Bindung

2.3 Ionenbindung

2.4 Kavalente Bindung

2.5 Metallische Bindung

2.6 Wasserstoffbrückenbindung

3. Gittersystem

3.1 Kristallstrukturen

3.2 Symmetrieeigenschaften der Kristalle

3.3 Punktgruppen und Raumgruppen

3.4 Bravais Gitter, direktes Gitter

3.5 Kristallographie: Bezeichnungen

3.6 Einfache Kristallstrukturen

3.7 Gitter-Ebnene und Miller-Indizes

3.8 Reziprokes Gitter

3.9 Methoden der Kristallstrukturbestimmung

3.10 Reale Festkörper – Kristalldefekte

4. Gitterschwingungen

4.1 Adiabatische Näherung

4.2 Harmonische Näherung

4.3 Akustische und optische Phononen, Dispersionrelation

4.4 Inelastische Streuung von Phononen

4.5 Thermische Eigenschaften

5. Elektronische Eigenschaften von Festkörpern

5.1 Ladungstransport

5.2 Elektronen im periodischen Potenzial, Energiebänder

5.3 Fermiflächen und Bandstruktur von Metallen

5.4 „Halbklassische“ Dynamik von Kristallelektronen

5.5 Elektronen im Magnetfeld

6. Eletronische Eigenschaften von Halbleitern

6.1 Halbleiter-Bandstrukturen

6.2 Ladungsträgerstatistik: Elektronen & Löcher

6.3 Inhomogene Halbleiter

6.4 Bauelemente, elektrische und optoelektronische

7. Dielektrische und optische Eigenschaften

7.1. Grundlegende (klass.) Konezepte der Materie-Licht WW

7.2 Lokales Feld (Clausius Mossotti-Beziehung)

7.3 Lineare optische Eigenschaften von Festkörpern

7.4 Nichtlineare optische Eigenschaften

8. Magnetismus

8.1. Diamagnetismus & Paramagnetismus

8.2 Ferromagnetismus und Antiferromagnetismus

8.3 Magnetische Resonanz

9. Supraleitung

9.1 Experimentelle Befunde

9.2 London-Gleichung

9.3 BCS-Theorie

9.4 Josephson-Effekt

9.5 Supraleitung 2. Art

Allgemeine Informationen

Vorlesung: 4 + 2 Semesterwochenstunden (Vorlesung + Übung)

Vorlesungszeiten:

Di, 13:30 - 15:00 Uhr, P603
Do, 13:30 - 15:00 Uhr, P603

Dozent: Prof. Lukas Schmidt-Mende

Übungsgruppen:

Übungen finden immer montags statt:

Tutor Raum Zeit
Emilia Schütz P812 Mo: 10:00-11:30
Ronja Fischer-Süßlin P1012 Mo: 10:00-11:30
Tim Mayer P912 Mo: 10:00-11:30
Stefan Schupp P912 Mo: 13:30-15:00

Anmeldung zu den Übungsgruppen elektronisch über den ZEuS.

 Übungsblätter:

  • Ausgabe über Ilias

Klausur

Klausurtermin: Fr 21.02.2025 von 8.30 -10.30 Uhr, R712 (Der Termin kann sich noch ändern!)
Die Note ergibt sich aus der Klausurnote.
 

Zulassungsbedingungen für die Klausur

  • 60% der Übungsaufgaben müssen bearbeitet worden sein
  •  mindestens 3x Vorrechnen
  •  1 Kurzvortrag zu einem Thema der Festkörperphysik (Themenvorschläge mit Literaturangaben gibt es auf jedem Übungsblatt)

Literatur

Es gibt eine Reihe von Büchern zur Festkörperphysik. Hier sei nur eine kleine (nicht repräsentative) Auswahl genannt:

• Siegfried Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg-De Gruyter 2012

• Rudolf Gross, Achim Marx, Festkörperphysik, De Gruyter 2012

• Neil W. Ashcroft, N. David Mermin, Festkörperphysik, Oldenbourg 2001

• Harald Ibach, Hans Lüth, Festkörperphysik - Einführung in die Grundlagen, Springer, 2009,

• Konrad Kopitzki, Peter Herzog, Einführung in die Festkörperphysik, Springer 2017