Kommentare Sommersemester 2016

Experimentalphysik II (Elektromagnetismus und Optik)

Dozent: Prof. Dr. Karl Jakobs
Zeit: 4 st., Mo, Mi 10-12
Ort: Gr. HS
Beginn: 18.04.2016
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Programm:

Die Vorlesung Experimentalphysik II vermittelt die experimentellen Grundlagen der Elektrizität, des Magnetismus und der Optik. Im Zentrum der Vorlesung stehen Demonstrationsexperimente. Die Vorlesung wird durch Übungen begleitet.

Folgende Themen werden behandelt:

• Elektrische Ladung
• Elektrische Felder
• Gaußscher Satz und elektrisches Potential
• Kapazität
• Elektrischer Strom, Widerstand und Stromkreise
• Magnetfelder
• Strominduzierte Magnetfelder, Induktion und Induktivität
• Wechselstrom und Schwingkreise
• Maxwellgleichungen und elektromagnetische Wellen
• Geometrische Optik
• Reflexion und Brechung von Licht
• Licht als Welle: Interferenz und Beugung

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I
 

Einführende Literatur:

• W. Demtröder, Experimentalphysik 2, Elektrizität und Optik, Springer-Verlag
• Tipler / Mosca, Physik, Springer Verlag
• J. Heintze, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 3: Elektrizität und Magnetismus, Springer Verlag
• Bergmann / Schäfer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 2, Elektromagnetismus, Verlag de Gruyter

Experimentalphysik IV (Atom-, Molekül- und Festkörperphysik)

Dozent: apl. Prof. Dr. Bernd von Issendorff
Zeit: 4 st., Di 12-14, Mi 8-10
Ort: HS I
Beginn: 19.04.2016
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Programm:

• Komplexe atomare Systeme und periodisches System
• Struktur und Eigenschaften von Molekülen
• Struktur und Eigenschaften von Festkörpern und Oberflächen

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I-III

Einführende Literatur:

Theoretische Physik I (Mechanik und Spezielle Relativitätstheorie)

Dozent: Prof. Dr. Jochum van der Bij
Zeit: 4 st., Di, Do 10-12
Ort: HS I
Beginn: 19.04.2016
Veranstaltungs link
 

Programm: 

• Mechanik des Punktteilchens
• Systeme von Massenpunkten
• Bewegung in Zentralkraftfeldern
• Inertialsysteme und beschleunigte Bezugssysteme
• Symmetrien, Invarianzen und Erhaltungsgrößen
• Methode der Lagrange-Multiplikatoren
• Hamiltonsches Prinzip
• Lineare Schwingungen
• Hamilton-Mechanik
• Dynamik starrer Körper
• Spezielle Relativitätstheorie

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I
 

Einführende Literatur:

• V.I. Arnold, Mathematical Methods of Classical Mechanics, Springer
• H. Goldstein, C.P. Poole, J.L. Safko, Klassische Mechanik, Wiley-VCH
• J. Honerkamp, H. Römer, Grundlagen der Klassischen Theoretischen Physik, Springer
• F. Kuypers, Klassische Mechanik, Wiley-VCH
• L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Lehrbuch der Theoretischen Physik, Band I, Akademie-Verlag
• W. Nolting, Grundkurs Theoretische Physik, Band 1, 2 und 4, Springer
• H. Römer, M. Forger, Elementare Feldtheorie, VCH

Theoretische Physik IV (Quantenmechanik)

Dozent: Prof. Dr. Jens Timmer
Zeit: 4 st., Mo 10-12, Do 12-14
Ort: HS I
Beginn: 18.04.2016
Veranstaltungs link

Programm: 

• Schrödingergleichung
• Eindimensionale Probleme
• Wasserstoffatom
• Spin
• Drehimplus
• Störungstheorie
• ...
• EPR -Paradoxon und Bell'sche Ungleichungen

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I-III, Analysis und Lineare Algebra
 

Einführende Literatur:

• F. Schwabl. Quantenmechanik
• T. Fließbach. Quantenmechanik

Einführung in die Moderne Digitalelektronik

Dozent: apl. Prof. Dr. Horst Fischer
Zeit: 2 st., Fr 12-14
Ort: SR I
Übungen: Di 16-18, CIP Pool II
Beginn: 22.04.2016

Programm:

Ziel:
Die Teilnehmenden erhalten einen Überblick über die wesentlichen Anwendungsgebiete und Methoden in der heutigen Digitalelektronik. Sie lernen an Hand von Beispielen die Konzepte und Funktionsweise digitaler Schaltkreise kennen und werden in die Programmierung von logischen Bausteinen eingeführt. In der praktischen Übung werden Logikbausteine (FPGA) selbst programmiert.

Folgende Themen werden behandelt:

• Anwendungsfelder der Digitalelektronik
• Grundlagen und logische Verknüpfungen
• Schaltkreisfamilien
• Rechenschaltungen
• programmierbare Bausteine (FPGA und CPLD)
• Zahlen und Speicher
• Automaten
• Systeme zur Datenaufzeichnung

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

• Urbansk, Digitaltechnik (Springer)
• Tietze Schenk, Halbleitertechnik (Springer)

Experimentelle Methoden der Teilchenphysik

Dozent: apl. Prof. Dr. Horst Fischer
Zeit: 3 st., Di 14-16 (14-tgl), Do 14-16
Ort: HS I
Beginn: 19.04.2016

Programm:

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

• William R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer Verlag;
• Claus Grupen, Teilchendetektoren, BI Wissenschaftsverlag;
• Konrad Kleinknecht: Detektoren für Teilchenstrahlung, 4. Auflage, Teubner Verlag;
• Hermann Hinsch, Elektronik –Ein Werkzeug für Naturwissenschaftler-, Springer Verlag;
• Glen Cowan, Statistical Data Analysis, Oxford Univ. Press;
• Siegmund Brandt, Data Analysis –Statistical and Computational Methods for Scientists and Engineers-, Springer Verlag;

Gruppentheorie

Dozent: JunProf. Dr. Harald Ita
Zeit: 2 st., Mo 14-16:30, Di 13-13:45
Ort: Mo SR I, Di SR II
Beginn: 18.04.2016
Übungen: Fr 9-12, SR II
Veranstaltungs link

Programm:

The main topics we will discuss are:

• Discrete groups
• Representation theory
• Rotation Group in three dimensions
• Lorentz group
• Classical Lie groups

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

•  Wu-Ki Tung, Group Theory in Physics

Wellenoptik / Wave Optics

Dozent: Prof. Dr. Alexander Rohrbach
Zeit: 3 st., Mi 10-13
Ort: IMTEK, Geb 102 SR 01-012
Beginn: 20.04.2016
Übungen: 2 st., n.V.


Programm:

Wir wissen nicht wirklich was Licht ist, obwohl die physkalischen Konzepte um Licht als Welle oder als Partikel zu beschreiben, sehr effizient funktionieren. Oft sind jedoch die quantitativen Beschreibungen von farbenvollen Intensitätsverteilungen, die wir alltäglich sehen können, recht kompliziert zu erfassen. Hierbei ist die Kontrolle von Licht, auf makroskopischer und nanoskaliger Ebene der Schlüssel zu eindrucksvollen Ergebnissen und Entdeckungen, die sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie erzielt werden.

In der Vorlesung „Wellenoptik“ werden wir theoretische Werkzeuge, wie beispielsweise die Fourier-Transformation, detailliert besprechen und auf diese Weise Schritt für Schritt ein tiefgründiges Verständnis der Wellenoptik erarbeiten. Die Vorlesung wird begleitet von vielen Experimenten und Übungen welche den Vorlesungsstoff vertiefen und in wöchentlichen Tutoraten besprochen werden.

1. Einleitung Motivation, weiterführende Literatur und eine kleine Historie.

2. Von der elektromagnetischen Theorie zur Optik Was ist Licht? Welches illustrative Bild zeichnen die Maxwell Gleichungen? Wenn dielektrische und metallische Materie als gedämpfte Federn beschrieben werden kann, wie ist der Zusammenhang zwischen Material und der Wellenlänge des einfallenden Lichts? Was sagen die Wellengleichung und die Helmholtz Gleichung aus? Wie können Wellen im Orts- und im Frequenzraum beschrieben werden?

3. Fourier-Optik Wie verändert eine Welle eine Positionsinformation in eine Richtungsinformation? Was ist die Beziehung zur Fourier-Transformationen in 1D, 2D und 3D? Wie steht dies im Zusammenhang mit linearer optischer Systemtheorie, Raumfiltern und dem Abtasttheorem?

4. Wellenoptik, Lichtausbreitung und Beugung Verschiedene Methoden werden vorgestellt wie die Lichtausbreitung im Orts- und im Frequenzraum beschrieben werden können. Wir stellen den direkten Transfer zwischen Lichtausbreitung und Beugung von Licht her. Wir behandeln evaneszente Wellen, dünne beugende Objekte, die Lichtausbreitung in inhomogenen Medien als auch die Impulserhaltung an optischen Gittern. Dies ermöglicht uns wichtige aktive optische Elemente wie zum Beispiel akusto-optische Modulatoren und SLMs zu diskutieren. Dieses Kapitel endet mit den Themen, adaptive Optik und Phasenkonjugation.

5. Interferenz, Kohärent und Holographie Wir lernen wie die Komposition von k-Vektoren die Phase interferierender Wellen und die daraus resultierenden Streifenmuster definieren. Die relative Phase einer jeden Teilwelle in Raum und Zeit verändern hierbei die Interferenz signifikant und definieren die Kohärenz des Lichts; Diese Konzepte werden detailliert diskutiert. Wir lernen wie Phaseninformation mittels Holographie gelesen und geschrieben werden kann.

6. Lichtstreuung und Plasmonik Die Interaktion von Licht mit Materie basiert auf der Partikel-Streuung: Wie diskutieren die theoretischen Konzepte der Lichtstreuung im Bezug auf die Fourier-Theorie. Wir erweitern diese Herangehensweise zur Photonendiffusion, nichtlinearer Optik, Fluoreszenz und Raman Streuung als auch Streuung an Halbleitern – alles brandaktuelle Themen in der modernen Photonik. Ein großer Schwerpunkt wird hierbei auf die Beschreibung von Oberflächenplasmonen und Partikelplasmonen gelegt. Hier kann Licht räumlich, extrem beschränkt werden.

1. Einleitung
1.1. Motivation
1.2. Literatur
1.3. Etwas Historie

2. Von der elektromagnetischen Theorie zur Optik
2.1. Was ist Licht?
2.2. Die Maxwell-Gleichungen
2.3. Die Veränderung von Licht in Materie
2.4. Wellengleichung & Helmholtzgleichung
2.5. Wellen im Orts- und Frequenzraum

3. Fourier-Optik
3.1. Einleitung
3.2. Die Fourier-Transformation
3.3. Linear-optische Systeme
3.4. Raumfilter
3.5. Das Sampling Theorem

4. Wellenoptische Lichtausbreitung und Beugung
4.1. Paraxiale Lichtausbreitung und Gauss-Strahlen
4.2. Wellenausbreitung und Beugung
4.3. Evaneszente Wellen
4.4. Beugung an dünnen Phasen- und Amplitudenobjekten
4.5. Lichtausbreitung in inhomogenen Medien
4.6. Beugung an gittern
4.7. Acousto-Optik
4.8. Spatiale Lichtmodulatoren
4.9. Adaptive Optik und Phasenkonjugation

5. Interferenz, Kohärenz und Holographie
5.1. Grundlagen
5.2. Interferometrie
5.3. Grundlagen der Kohärenz-Theorie
5.4. Prinzipien der Holographie

6. Lichtstreuung und Plasmonik
5.5. Streuung von Licht an Partikeln
5.6. Photonen Diffusion
5.7. Grundlagen nichtlinearer Optik
5.8. Fluoreszenz und Raman-Streuung
5.9. Fluoreszierende Quantum-Dots
5.10. Oberflächenplasmone and Partikelplasmonen
 

Vorkenntnisse:

 -

Einführende Literatur:

Begleitend zur Vorlesung wird ein Skriptum mit definierten Lücken (weisse Boxen) zur Verfügung gestellt.

Halbleiterbauelemente

Dozent: PD Dr. Harald Schneider, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
Zeit: 2 st., Blockvorlesung 17.-20.05.2016, 10-12 und 14-17
        sowie 1-2 Vorlesungen nach Vereinbarung
Ort: HS II
Beginn: 17.05.2016

Programm:

• Transportphänomene
• Metall-Halbleiter-Kontakt, Schottky-Diode
• p-n Übergang: Diodengleichrichter, Photodiode, LED, Laserdiode, Solarzelle
• Bipolare Transistoren, HBT
• Feldeffekt-Transistoren: JFET, MESFET, HEMT, MOSFET, FGFET
• Quantenstruktur-Bauelemente: RTD, QWIP, QCL, ICL

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik IV (Kondensierte Materie), Vorlesung Grundlagen der Halbleiterphysik (apl. Prof. J. Wagner)
 

Einführende Literatur:

• S.M. Sze and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, Wiley, 2006
• S.M. Sze, Semiconductor Devices, Wiley, 2001

Einführung in die Astrophysik

Dozent: Prof. Dr. Oskar von der Lühe
Zeit: 3 st., Mi 10-13
Ort: HS I
Übungen: 2 st. Mo 12-14 HS I
Beginn: 27.04.2016
Veranstaltungs link

Programm:

Diese Vorlesung vermittelt einen Überblick über Ziele und Ergebnisse der modernen Astrophysik und über das moderne Weltbild. Themen sind die Grundlagen der physikalischen Eigenschaften der Sonne und des Planetensystems, des Aufbaus und der Entwicklung von Sternen, sowie die Grundlagen der Physik von Sternsystemen und des modernen kosmologischen Weltbildes. Die Vorlesung ist gedacht für den Studiengang Physik Bachelor im 4. Semester sowie für das Lehramt Physik.
Themen:

• Einleitung
• Koordinatensysteme
• Das Sonnensystem
• Teleskope und Instrumente
• Photometrie
• Aufbau und Entwicklung von Sternen
• Die Sonne
• Veränderliche Sterne
• Die Milchstraße
• Das Interstellare Medium
• Extragalaktische Physik
• Strukturen im Universum und Kosmologie

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I-III, Theoretische Physik I-III
 

Einführende Literatur:

• Weigert, A., Wendker, H., Wisotzki, L.: Astronomie und Astrophysik - Ein Grundkurs VCH Verlagsgesellschaft, 4. Aufl. (2004), ISBN 3-527-40358-2
• Karttunen, H., Kröger, P., Oja, H., Poutanen, M. Donner, K. J.: Fundamental Astronomy, Springer-Verlag, ISBN 3-540-17264-5
• Hanslmeier, A., Einführung in die Astronomie und Astrophysik (2. Auflage 2007), Springer ISBN 978-3-8274-1846-3
• Scheffler, H., Elsässer, H.: Physik der Sterne und der Sonne Bibliographisches Institut, ISBN 3-411-01438-5
• Unsöld, A:, Bascheck, B.: Der neue Kosmos (6. Auflage), Springer-Verlag, ISBN 3-540-64165-3

Photovoltaische Energiekonversion

Dozent: Prof. Dr. Eicke R. Weber, Dr. Uli Würfel
Zeit: 2 st., Di 8:15-10:00
Ort: FMF SR A, Stefan-Meier-Str. 21
Übungen: FMF SR, Zeit nach Vereinbarung (1 st.)
Beginn: 19.04.2016

Programm:

• Die Solarzelle als beleuchtete Halbleiterdiode
• Thermodynamik der idealen Solarzelle, maximale Wirkungsgrade
• Lichtabsorption in Halbleitern, elektronische Rekombinationen
• Der p-n-Übergang, Ladungsträgertransportvorgänge in Halbleitern
• Siliziumsolarzellen auf Waferbasis
• Material- und Scheibengewinnung für kristalline Si-Solarzellen
• Dünne kristalline Si-Solarzellen
• Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium, CIS und CdTe
• Tandemsolarzellen, monolithische Strukturen aus III/V Materialien
• Farbstoffsensibilisierte und organische Solarzellen
• Thermophotovoltaik - Photovoltaische Konversion von IR-Strahlung

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

• P. Würfel, Physik der Solarzelle, Spektrum - Akademischer Verlag 1995
• A. Goetzberger, B. Voß und J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner 1997
• M.A. Green, Solar Cells, University of New South Wales 1982

Fortgeschrittene Experimentalphysik für Lehramtsstudierende

Dozent: Prof. Dr. Gregor Herten, Prof. Dr. Tobias Schätz
Zeit: 4 st., Mi 10-12, Do 12-14
Ort: HS II
Beginn: 20.04.2016

Programm:

Teil I (Atom-, Molekül- und Festkörperphysik):

• Struktur und Eigenschaften von Atomen und Molekülen
• Struktur und Eigenschaften von Festkörpern

Teil II (Kern- und Elementarteilchenphysik):

• Einleitung, Historischer Überblick
• Aufbau und Eigenschafte der Kerne
• Kernkraft, Kernzerfälle
• Elektromagnetische Wechselwirkung
• Starke Wechselwirkung
• Schwache Wechselwirkung
• Mesonen, Quarkonia, Baryonen
• Das Standardmodell der Teilchenphysik
• Offene Fragen der teilchenphysik
• Astroteilchenphysik und das Universum
• Wechselwirkung von Strahlung mit Materie
• Beschleuniger und Detektoren
• Anwendungen der Kern- und Teilchenphysik

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I-III
 

Einführende Literatur:

• Einführung in die Festkörperphysik, Ch. Kittel, Oldebourg
• J. Bleck-Neuhaus, Elementare Teilchen: Moderne Physik von den Atomen bis zum Standard-Model, Springer Verlag
• B. Martin, Nuclear and Particle Physics: An Introduction, Wiley Verlag

Fortgeschrittene Theoretische Physik für Lehramtsstudierende

Dozent: apl. Prof. Dr. Thomas Filk
Zeit: 4 st., Mo, Di 10-12
Ort: HS II
Beginn: 18.04.2016
Vorlesungslink

Programm:

Diese Vorlesung speziell für Lehramtsstudierende findet zum vierten Mal statt und ist für Studierende nach der neuen Prüfungsordnung (GymPO) eine Pflichtvorlesung. Empfohlen wird die Teilnahme im 4. Fachsemester. Studierende nach der alten Prüfungsordnung (WPO) können wahlweise die Theo IV oder diese Vorlesung hören. Der Schwerpunkt dieser Vorlesung ist die Quantenmechanik, allerdings bezieht sich ein Teil des Inhalts auch auf die Statistische Mechanik. Nach dem aktuellen Modulhandbuch erhalten Sie nach erfolgreicher Teilnahme an dieser Vorlesung und den begleitenden Übungen einen Leistungsnachweis. Die Kriterien werden in der Vorlesung bzw. den Übungen bekannt gegeben. Für Studierende nach der alten Prüfungsordnung kann auch ein benoteter Schein ausgestellt werden. 
 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I-III
 

Einführende Literatur:

Einführung in die Physikdidaktik

Dozent: Prof. Dr. Silke Mikelskis-Seifert
(Veranstaltung der Pädagogischen Hochschule)
Zeit: 4 st., Di 14-16
Ort: Pädagogische Hochschule KG 3-111
Vorlesungs link

Programm:

• Physikunterricht legitimieren / Ziele
• Ziele / Lehrplan / Bildungsstandards
• Kontextorientierung und Lebensweltbezug
• Moderne Themen / didaktische Rekonstruktion
• Schülervorstellungen
• Im Physikunterricht experimentieren
• Modellmethode
• Computereinsatz im Physikunterricht
• Offener schülerorientierter problemorientierter Unterricht (Teil 1)
• Offener schülerorientierter problemorientierter Unterricht (Teil 2)
• Aufgabenkultur
• Physikunterricht evaluieren
• Interesse
• KLAUSUR

Einführende Literatur:

• Helmut F. Mikelskis (Hrsg.), Physik-Didaktik: Praxishandbuch für die Sekundarstufe I und II, Cornelsen Verlag Scriptor, 2006, 290 S., 19,95 €
• Silke Mikelskis-Seifert/Thorid Rabe (Hrsg.), Physik-Methodik: Handbuch für die Sekundarstufe I und II, Cornelsen Verlag Scriptor, 2007, 242 S., 19,95 €

Theoretical Solid State Physics

Dozent: Prof. Dr. Alexander Blumen
Zeit: 4 st., Mi, Do 10-12
Ort: SR GMH
Übungen: Do 16-18 SR GMH
Beginn: 20.04.2016

Programme:

Starting point are the elementary excitations in solids, such as the electrons and the phonons, whose properties will be investigated. This allows us to apply several methods of advanced quantum mechanics, such as the second quantization, and to make use of particular symmetries and invariants. We will focus on periodic potentials, on the Bloch theorem, and on the Born-Oppenheimer approximation. The electron-phonon coupling, which we introduce next, paves the way to study quasiparticles, such as polarons, excitons and polaritons, and to understand the basic features of superconductivity. Furthermore, particular attention will be given to the theory of dielectric and magnetic materials, also mentioning properties related to their phase transitions and to disorder.
 

Prerequisits:

The theoretical courses at the bachelor level and especially "Theoretical quantum mechanics".
The advanced mathematical tools required here will be introduced in the framework of the course.  
 

Literature:

• M.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics
• J.M. Ziman, Principles of the Theory of Solids

Introduction to Relativistic Quantum Field Theory

Dozent: Prof. Dr. Stefan Dittmaier
Zeit: 4 st., Mo 12-14, Di 14-16
Ort: HS II
Übungen: Mi 14-16 SR II
Beginn: 18.04.2016

Programme:

• Quantization of scalar fields (Klein Gordon equation, classical field theory, canonical quantization, scattering theory and Feynman diagrams)
• Vector-boson fields (classical field equations, electromagnetic interactions and the gauge principle, quantization of the electromagnetic field, scalar QED and perturbative evaluation)
• Dirac fermions (basics of Lie Groups, Lorentz group and its representations, Dirac and Weyl equations, Poincare group and its representations, quantization of free Dirac fields, QED and perturbative evaluation, applications)
• Quantization with functional integrals

Prerequisits:

Quantum Mechanics, Electrodynamics and Special Relativity
 

Literature:

• Bjorken/Drell: "Relativistic Quantum Mechanics"
• Bjorken/Drell: "Relativistic Quantum Fields"
• Itzykson/Zuber: "Quantum Field Theory"
• Maggiore: "A Modern Introduction to Quantum Field Theory"
• Peskin/Schroeder: "An Introduction to Quantum Field Theory"
• Ramond: "Field Theory: a Modern Primer"
• Tung: "Group Theory in Physics"
• Weinberg: "The Quantum Theory of Fields, Vol.1: Foundations"

Advanced Optics and Lasers

Dozent: apl. Prof. Dr. Marcel Mudrich
Zeit: 4 st., Mo 14-16, Mi 12-14
Ort: Westbau HS II
Beginn: 18.04.2016
Übungen: Fr 14-16, Westbau SR 2.OG

Programme:

The lecture starts with a revision of the basic concepts of light-matter interaction. Then the laser principle is introduced. Based on the condition for population inversion, the stationary mode of operation as well as the dynamics of switching processes is discussed using rate equations. Different components of a laser such as resonators and devices for frequency selection or short pulse generation are presented. Then, different most commonly used types of lasers are presented and their properties are discussed. Finally, current methods for the generation of extremely short and intense pulses will be addressed as well as nonlinear optical techniques such as frequency mixing and harmonic generation. The tutorials include problem sheets as well as practical laboratory courses to work on different laser systems.
 

Prerequisits:

Experimental Physics I-III
 

Literature:

• W. Lange “Laserphysik”
• Demtröder “Laserspektroskopie”
• J. Eichler & H.J. Eichler, Springer, „Laser“
• F.K. Kneubühl /M.W. Sigrist “Laser”
• D. Meschede “Optik, Licht und Laser”
• C. Ruilliere, Springer, "Femtosecond laser pulses“

Condensed Matter II: Interfaces and Nanostructures

Dozent: Prof. Dr. Günter Reiter
Zeit: 4 st., Do, Fr 8-10
Ort: HS I
Beginn: 21.04.2016
Lecture link

Programme:

The students should get an overview over phenomena which only appear on surfaces and interfaces (e.g. how to make water running uphill?). The course deals with special structural and electronic properties of liquid and solid surfaces as well as their relevance in many fields of modern material science and nanotechnology.
Surfaces between solids and liquids can be found in most of the physical, chemical, biological and geological systems, as well as in many technological processes. Although the number of atoms or molecules at these surfaces is comparatively small, this "minority" can often dominate or even control the behavior of large (macroscopic) systems.

Topics:

• General description of interfaces: Thermodynamics and kinetics
• Interaction forces at interfaces: Short- and long range forces, ...
• Liquids and liquid interfaces: Droplets, bubbles, waves, "liquid beads"
• Solid-liquid interfaces: Hydrodynamics, capillarity, wetting, ...
• Structure of solid surfaces: Electronic processes at surfaces
• Surface processes: Adsorption/desorption, phase transitions
• Making of well defined solid surfaces: Surface reconstruction, surface transport, ...
• Growth- and decay: Epitaxy, nucleation, lattice mismatches, mechanical stress
• Organic layers and nanostructures on surfaces: Directed stucturing of surfaces at nm-scale

Prerequisits:

Experimentalphysik IV (Condensed Matter)
 

Literature:

• Intermolecular and Surface Forces, With Applications to Colloidal and Biological Systems, Jacob Israelachvili, Academic Press 1995 bzw. Elsevier 2008
• "Capillarity and Wetting Phenomena: Drops, Bubbles, Pearls, Waves" von P.-G. de Gennes, F. Brochard-Wyart und D. Quéré, Springer, New York, 2004
• John A. Venables, Lecture notes on Surfaces and Thin Films
• I. Markov, Crystal Growth for Beginners, World Scientific

Hadron Collider Physics

Dozent: Prof. Dr. Markus Schumacher, Dr. Duc Bao Ta
Zeit: 4 st., Mo, Di 10-12
Ort: SR GMH
Beginn: 18.04.2016

Programme:

In this lecture Physics at Hadron Colliders is discussed. The focus lies on the discussion of recent physics measurements performed at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. They include experimental tests of the Standard Model, Higgs boson physics and searches for extensions of the Standard Model.

The programme consists of:
- Lectures (3h per week: split in 2h every Monday, and 2h every second Tuesday)
- Exercises / tutorials (3 h per week), including computer simulations and analysis of ATLAS physics events

Topics:

• Accelerators
• LHC detectors
• Phenomenology of pp collisions
• Structure functions, cross sections
• Particle signatures in LHC experiments
• Inelastic pp collisions
• Production of jets, test of perturbative QCD
• Physics of W and Z bosons
• The top quark and its properties
• Search for the Higgs boson, measurements of the properties of the new particle at 126 GeV
• Search for supersymmetric particles
• Search for other extensions of the Standard Model

Prerequisits:

Experimental Physics V (Nuclear and Particle Physics)
Particle Physics II (desirable)
 

Literature:

• F. Halzen, A.D. Martin, Quarks and Leptons, Wiley-Verlag;
• D. Griffiths, Introduction to Elementary Particles, Wiley-Verlag;
• G. Kane, A. Price (Ed.), Perspectives on LHC Physics, World Scientific;
• R.K. Ellis, W.J. Stirling und B.R. Webber, QCD and Collider Physics, Cambridge Univ. press;
• D. Green, High PT Physics at Hadron Colliders, Cambridge Univ. press;
• J.M. Campbell, J.W. Huston und W.J. Stirling, Hard interactions of quarks and gluons: a primer for LHC physics, Rep. Prog. Phys. 70 (2007) 89-193.

Electronic Structure of Condensed Matter II

Dozent: apl. Prof. Dr. Christian Elsässer
Zeit: 2 st., Fr 8-10
Ort: SR I
Übungen: 14-tägig, 2 st., Ort und Zeit nach Vereinbarung (1 SWS)
Beginn: 22.04.2016

Programme:

(In englischer oder deutscher Sprache nach Vereinbarung.)

The two-semester course introduces theoretical models and computational methods of solid-state physics for the description of many-electron systems, by means of which cohesion and structure, physical and chemical properties of materials can be understood qualitatively and calculated quantitatively on a microscopic basis.
 

The following theoretical concepts are addressed:

Free electron gas; electrons in a crystal; nearly free electrons ("energy bands") or tightly bound electrons ("chemical bonds"); electron-electron interactions and effective one-electron theories; first-principles density functional theory and semi-empirical approaches for electronic-structure calculations.
 

They are applied to, e.g., the following topics:

Cohesion of solids, bonding types and lattice structures of crystals; electron band structures and energy spectra; electronic transport; electrons and phonons; electronic properties of defects and dopants, surfaces and interfaces; ferroelectric and ferromagnetic materials.

Prerequisits: 

Literature:

• A. P. Sutton, Electronic Structure of Materials, Oxford (1993)
• D. G. Pettifor, Bonding and Structure of Molecules and Solids, Oxford (1995)
• M. W. Finnis, Interatomic Forces in Condensed Matter, Oxford (2003)

Computational Materials Physics I: Density Functional Theory

Dozent: Prof. Dr. Michael Moseler, Leonhard Mayrhofer
Zeit: Do 14-16
Ort: SR Westbau 2.OG
Übungen: Do 16-17, CIP Pool II
Beginn: 21.04.2016

Programme:

Density functional theory (DFT) has become one of the most important tools for the numerical solution of the electronic many-body Schrödinger equation. It is currently used by many material scientists to study the properties complex systems containing up to several thousand atoms and electrons. This lecture introduces the theoretical foundations of DFT within the Hohenberg-Kohn-Sham frame work. It also touches numerical questions in an accompanying hands-on course. Program: Hohenberg-Kohn-theorem, Kohn-Sham-equations, Hartree-Fock and post Hartree-Fock, Local Density Approximation and beyond, Runge-Gross-theorem, time-dependent Kohn-Sham-equations. Numerical exercises will cover the electronic structure of atoms and nanoparticles.
 

Prerequisits:

Literature:

Dynamics in Complex Systems

Dozent: apl. Prof. Dr. Oliver Mülken
Zeit: Di 12-14, Mi 16-18
Ort: SR GMH
Beginn: 20.04.2016

Programme:
 

Prerequisits:

Literature:

Physical Processes of Self-Assembly and Pattern Formation

Dozent: Prof. Dr. Günter Reiter
Zeit: Do 10-11, Fr 10-12
Ort: SR I
Übungen: Mi 10-12, Hochhaus Seminarraum 3.OG
Beginn: 21.04.2016
Lecture link

Programme:

Goal:
Questions about how organization and order in various systems arises have been raised since ancient times. Self‐assembling processes are common throughout nature and technology. The ability of molecules and objects to self‐assemble into supra‐molecular arrangements is an important issue in nanotechnology. The limited number of forms and shapes we identify in the objects around us represent only a small sub-set of those theoretically possible. So why don't we see more variety? To be able answering such a question we have to learn more about the physical processes responsible for self-organization and self-assembly.

Content: "Physical laws for making compromises"
Self‐assembly is governed by (intermolecular) interactions between pre‐existing parts or disordered components of a system. The final (desired) structure is 'encoded' in the shape and properties of the basic building blocks. In this course, we will discuss general rules about growth and evolution of structures and patterns as well as methods that predict changes in organization due to changes made to the underlying components and/or the environment.

Students will learn how structural organization, i.e., the increase in internal order of a system, can lead to regular patterns on scales ranging from molecular to the macroscopic sizes. They will understand the physics of how molecules or objects put themselves together without guidance or management from an outside source.

Prerequisits:

Experimentalphysik IV (Condensed Matter)

Literature:

• Yoon S. LEE, Self-Assembly and Nanotechnology: A Force Balance Approach, Wiley 2008
• Robert KELSALL, Ian W. HAMLEY, Mark GEOGHEGAN, Nanoscale Science and Technology, Wiley, 2005
• Richard A.L. JONES, Soft Machines: Nanotechnology and Life, Oxford University Press, USA 2008
• Philip BALL, Shapes, Flow, Branches. Nature's Patterns: A Tapestry in Three Parts, Oxford University Press, USA
• J.N. ISRAELACHVILI, Intermolecular and Surface Forces, Third Edition, Elsevier, 2011

Optische Fallen und Partikel-Tracking

Dozent: Prof. Dr. Alexander Rohrbach
Zeit: 3 st., Di 9:30-12:15
Ort: SR I
Übungen: Mi 16-18, SR I
Beginn: 19.04.2016

Program:

Optical traps and optical micro-manipulation techniques do have the potential to play a key role in future micro- and nanosystems in conjunction with the life sciences. In this lecture the students should learn what is doable with optical forces, where physical limits are and what is limited by nowadays technology. Besides fascinating fundamental research various applications related to biology or fluctuation based systems are presented. The lecture is manifold and teaches basics in optics, statistical physics and biology/biophsics.

The tutorials help the students to get a more in depth and thorough understanding of the lecture. Here, a special focus is put on the transfer of knowledge obtained in the lecture. To achieve this the students should prepare weekly exercise and present them during the tutorial. Only difficult exercises are presented by the tutors.

Content:

1. Introduction
2. Light - Information carrier and actor
3. About microscopy
4. Light scattering
5. Optical forces
6. Tracking beyond the uncertainty
7. Brownian motion and calibration techniques
8. Photonic force microscopy
9. Applications in cell biophysics
10. Time- multiplexing and holographics optical traps
11. Applications in microsystems technology
12. Applications in nanotechnology

Literature:

Accompanying to the lecture printed lecture notes with defined gaps (white boxes) are distributed.

Theoretical Astrophysics II: Stellar Magneto-Hydrodynamics and Pulsations

Dozent: PD Dr. Markus Roth
Zeit: 2 st, Mi 16-18
Ort: HS I
Beginn: 20.04.2016
Lecture link

Programme:

4. Plasma physics and magneto-hydrodynamics

• Plasma properties
• Magneto-hydrodynamic equation
• Induction equation
• Generation of magnetic fields
• MHD-Waves (Alfvén-waves, slow and fast MHD waves)
   

5. Stellar Pulsations

• Stellar Structure and Evolution
• Observations of stellar pulsations
• Linear adibatic oscillations
• Helioseismology
• Asteroseismology

Prerequisits:

- Introductory knowledge on astronomy and astrophysics
- "Theoretical Astrophysics I" is helpful but not required.

Literature:

• Aerts C. et al., "Asteroseismology", Springer Verlag
• Prialnik D., "Stellar Structure and Evolution", Cambridge University Press
• Traschen: black hole radiation
• Baumann: TASI lectures on inflation
• Spruit, H., "Essential magnetohydrodynamics for astrophysics", Lecture Notes

Low Temperature Physics

Dozent: Prof. Dr. Frank Stienkemeier
Zeit: 4 st, Di 12-14, Do 10-12
Ort: HS II
Beginn: 19.04.2016

Programme:

The lecture Low Temperature Physics provides an introduction to the physical principles as well as the experimental techniques for working at low temperatures and reaching extreme low temperature conditions.

The following topics are covered:

• Temperature-dependent material properties (Phase diagrams and physical states, thermal expansion, friction, viscosity, thermal conductivity, electrical conductivity)
• Superfluidity
• Matrix and helium droplet isolation techniques
• Superconductivity
• Generation of low temperatures (refrigerators, Joule-Thompson effect, cryo-coolers)
• Measuring at low temperatures (temperature, pressure, levels of liquids, magnetic measurements, acoustic measurements, etc.)
• Cryostats (thermal insulation, materials, containers and transfer lines, etc.)
• Cold dilute samples (cold molecular beams, trapped molecules and trapped ions)
• Ultra-cold temperatures

Literature:

• Enss, Hunklinger, Tieftemperaturphysik, Springer (2000)
• Frank Pobell, Matter and Methods at Low Temperatures, Springer (1996)
• J.G. Weisend II, Handbook of Cryogenic Engineering, Taylor & Francis (1998)

Astronomisches Praktikum

Dozent: Prof. Dr. Wolfgang Schmidt
Zeit: 4 st., Kompaktkurs am Ende der Vorlesungszeit
Vorbesprechung: 27.04.2016, 9:15 Uhr, SR I
Termin: nach Vereinbarung
Ort: Schauinsland-Observatorium des KIS
Maximale Teilnehmerzahl: 8
Veranstaltungs link

Programm:

Das Astronomische Praktikum findet im SoSe 2015 erstmals als Kompaktkurs statt, zu Beginn der vorlesungsfreien Zeit. Alle Versuche werden im Observation Schauinsland des KIS durchgeführt.
Das Programm umfasst

• Bestimmung der Magnetfeldstärke in Sonnenflecken
• Messung der Sonnenrotationsgeschwindigkeit
• Bildrekonstruktionsverfahren
• Photometrie von Sternhaufen
• Einführung in die digitale Datenverarbeitung

Die Anleitungen sind auf der Vorlesungsseite des KIS abrufbar.
 

Vorkenntnisse:

Vorlesung "Einführung in die Astrophysik"
 

Einführende Literatur:

Quantum Magnetism at the Nano Scale

Dozent: Prof. Dr. Oliver Waldmann
Zeit: Mi 10-12, Fr 10-12
Ort: Mi SR Westbau 2.OG, Fr HS II
Beginn: 20.04.2016
Übungen: Do 14-16, SR III

Programme:
 

Prerequisits:

Literature:

Quantum Transport

Dozent: PD Dr. Michael Walter, PD Dr. Thomas Wellens
Zeit: Di 8-10, Mi 9-10
Ort: HS II
Beginn: 19.04.2016


Programme:

How to describe transport of a particle from one point in space to another one is a fundamental problem in theoretical physics, which is at the same time highly relevant for many technological applications, for example in electronics (transport of electrons) or solar cells (separation of positive and negative charge carriers generated by light). On microscopic scales, quantum properties -- such as the wave nature of a quantum particle, or the quantization of energy levels -- become relevant and make quantum transport different from classical transport based on Newton's equations. In this lecture, we will approach the topic of quantum transport from two different perspectives:

The first part of this lecture concentrates on the wave aspect of transport and the effects of disorder. We investigate wave transport through complicated disordered structures whose form is not known precisely, but only in a statistical sense ("disordered system"). We will introduce diagrammatic methods for performing the disorder average, and thereby analyze the impact of wave interferences on the transport efficiency.

In the second part, we concentrate on the explicit description of an electronic device at the atomic scale, i.e. the example a single molecule transistor. Such systems are likely to be the basis of future electronics. The system is completely characterized and the energy levels of contacts and the isolated molecule are known. We develop the formalism to describe quantized conductance in such a device during the course.
 

(I) Wave Transport in Disordered Systems

1. Scattering Theory (Green's function, Born series, T-matrix)
2. Performing the disorder average: diagrammatic technique (average amplitude: Dyson equation, average intensity: Bethe Salpeter equation )
3. Incoherent transport (transport mean free path and time, diffusion equation)
4. Coherent transport (coherent backscattering, weak localisation, Anderson localisation)
5. Fluctuations and correlations (speckle correlations, universal conductance fluctuations)

(II) From the atom to the transistor

1. Atomistic view of conductance (energy levels, quantum of conductance)
2. Basis functions and band structure (basis functions, tight-binding, subbands)
3. Density matrix, Green function, spectral functions
4. Open systems (level broadening, lifetime)
5. Coherent transport (transmission, Landau-Büttiker formalism)
6. Non-coherent transport and Ohm's law

Literature:

Hydrodynamics

Dozent: PD Dr. Falko Ziebert
Zeit: Mi 12-14
Ort: SR I
Beginn: 20.04.2016
Lecture link




Programme:

We will give an introduction to the hydrodynamics of simple liquids. This classical field theory is governed by conservation laws, that will lead us to the Euler equation and to the famous Navier-Stokes equation. Among the diverse subjects that can be described by this theory are the dynamics of vortices and the existence of boundary layers (both important for aerodynamics), the friction-dominated Stokes limit that is important for small scale objects in flow (e.g. suspensions), and hydrodynamic instabilities, that led to the discovery of deterministic chaos and which are crucial for understanding weather and climate. Finally, we will also discuss current research topics like the recently discovered ‘active fluids’, i.e. suspensions of swimming bacteria or artificial microswimmers.

Literature:

• E. Guyon et al. Physical Hydrodynamics, Oxford (2001))
• Landau & Lifshitz Vol 6: Fluid Mechanics