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Artikelaktionen

Kommentare Wintersemester 2015/16

Veranstaltungsbeschreibungen in Deutsch und für englisch-sprachige Master-Veranstatungen in Englisch. Course descriptions in German and for Master courses in English.

 


Vorkurs Mathematik

Dozent: Dr. Maxim Dolgushev
Zeit: Blockveranstaltung ganztägig, vor Vorlesungsbeginn: 05.-09. Oktober
Vorlesung: täglich 9-12
Übungen: nachmittgs 14-17 in Gruppen
Ort: Gr. HS

Programm:

Auffrischen mathematischer Grundkenntnisse:
Rechnen, Ableiten, Integrieren, Analytische Geometrie und Lineare Algebra, Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung

Vorkenntnisse:

keine, Anmeldung nicht erforderlich!

Einführende Literatur:

  • Glaeser, Der mathematische Werkzeugkasten, Elsevier (2006)
  • Heft, Mathematischer Vorkurs, Elsevier (2006)
  • Korsch, Mathematik-Vorkurs, Binomi Verlag (2004)
  • Weltner, Mathematik für Physiker (12. Auflage), Springer (2001)

Wissenschaftliches Programmieren

Dozent: PD Dr. Michael Walter
Zeit: 2 + 2 st., Do 8-10
Ort: HS I
Beginn: 22.10.2015

Programm:

Einführung in das wissenschaftliche Programmieren am Beispiel der mächtigen Programmiersprache Python. Der Kurs behandelt die Grundlagen bis hin zu numerischen Problemen mit "numeric python", dem Grafikpaket "pylab/matplotlib", numerische Integration und das symbolische Rechnen mit "sympy".


Weitere Bestandteile sind eine Einführung in "Mathematica" (symbolisches Rechnen) und die Python-Schnittstelle zu ROOT (root.cern.ch) "PyROOT".

 

Voraussetzungen:

Bei Verwendung eines eigenen Rechners empfiehlt sich folgende Software zu installieren:

 

Einführende Literatur:

 


Experimentalphysik I
(Mechanik, Gase und Flüssigkeiten)

Dozent: apl Prof. Dr. Horst Fischer
Zeit: 4 + 2 st., Mo, Mi 10-12
Ort: Gr. HS
Beginn: 19.10.2015

Programm:

  • Kinematik des Massenpunktes und Newtonsche Mechanik
  • Mechanik starrer und deformierbarer Körper
  • Schwingungen und Wellen
  • Gase und Flüssigkeiten
  • Wärmelehre

 

Vorkenntnisse:

Schulphysik und -mathematik

Einführende Literatur:

  • Gerthsen, Physik, Springer-Verlag
  • Tipler, Physik, Spektrum Verlag 
  • W. Demtröder, Experimentalphysik 1, Mechanik und Wärme, Springer-Verlag

Experimentalphysik III
(Spezielle Relativitätstheorie, Optik, Quantenphysik und Atomphysik)

Dozent: Prof. Dr. Tobias Schätz
Zeit: 4 + 2 st., Di, Mi 8-10
Ort: Gr. HS
Beginn: 20.10.2015

Programm:

Die Vorlesung Experimentalphysik III vermittelt die experimentellen Grundlagen im Bereich der Optik, Atom- und Quantenphysik.

Folgende Themen werden behandelt:

  • Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie: Inertialsysteme, Lorentz- Transformation, Zeitdilatation, Längenkontraktion
  • Fortgeschrittene Optik: Polarisation von Licht, Doppelbrechung, Polarisa- tionsoptik, Gaußsche Strahlen, optische Resonatoren, Laser, Grundlagen der nicht-linearen Optik
  • Quantenphysik: Quantenphänomene, Unschärferelation, Schrödinger-Gleichung, Axiome der Quantenmechanik, Bahn-Drehimpulse, Wasserstoffatom
  • Struktur einfacher atomarer Systeme, Periodensystem, Wechselwirkung Licht-Materie

 

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I und II
 

Einführende Literatur:

 


Experimentalphysik V
(Kern- und Elementarteilchenphysik)

Dozent: Prof. Dr. Markus Schumacher
Zeit: 4 + 2 st., Di, Do 10-12
Ort: HS II
Beginn: Do 22.10.2015

Programm:

  • Grundlagen von Streu- und Zerfallsprozessen
  • Struktur und Eigenschaften von Atomkernen, Kernmodelle und Kernzer- fälle
  • Teilchenbeschleuniger und Teilchendetektoren
  • Anwendungen der Kern- und Teilchenphysik
  • Symmetrien, Spektrum der Elementarteilchen, elektromagnetische, starke und schwache Wechselwirkung
  • Standardmodell der Teilchenphysik und seine Grenze

 

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I-IV


Einführende Literatur:

 


Analysis für Physiker

Dozent: apl. Prof. Dr. Thomas Filk
Zeit: 4 + 2 st., Mo 8-10, Di 10-12
Ort: HS I
Beginn: 19.10.2015
Vorlesungs link


Inhalt: 

  • Grundlagen der Mengenlehre, Äquivalenz- und Ordnungsrelationen
  • Einführung in die komplexen Zahlen, Euler-Formel, Beziehungen zu trigo- nometrischen und hyperbolischen Funktionen.
  • Beweisverfahren
  • Funktionen, Umkehrfunktionen
  • Folgen, Grenzwerte, Cauchy-Grenzwert, offenen und geschlossene Mengen
  • Reihen, Konvergenzkriterien, Stetigkeit von Funktionen
  • Ableitung von (auch mehrkomponentigen) Funktionen, auch in mehreren Variablen, Ableitungsregeln
  • Koordinatensysteme, speziell Polar-, Zylinder- und Kugelkoordinaten.
  • ntegration, Integrationsregeln, Wegintegration, Flächen- und Volumenintegration, Gaußscher und Stokes’scher Satz

 

Vorkenntnisse:

Empfohlen werden die Inhalte des Vorkurs Mathematik (ein Skript ist über die Webseite verfügbar).
 

Einführende Literatur:

 


Theoretische Physik III
(Elektrodynamik und Spezielle Relativitätstheorie)

Dozent: Prof. Dr. Stefan Dittmaier
Zeit: 4 + 2 st., Mo, Do 10-12
Ort: HS I
Beginn: 19.10.2015
Vorlesungs link

Programm: 

  • Elektrostatik (Feldgleichungen, elektrisches Potential, Poisson- und Laplace-Gleichungen, Randwertprobleme, Green'sche Funktionen, Multipolentwicklung, E-Feld in Materie)
  • Magnetostatik (Feldgleichungen, Biot-Savart'sches Gesetz und Anwendungen, Vektorpotential, magnetisches Moment, Magnetfeld in Materie)
  • Elektrodynamik (Maxwell-Gleichungen, elektrodynamische Potentiale, Eichfreiheit, Wellengleichungen, Energiesatz, Maxwell'scher Spannungstensor)
  • Spezielle Relativitätstheorie (relativistische Kinematik und Dynamik, kovariante Formulierung der Feldgleichungen)
  • Elektromagnetische Wellen (Ebene Wellen, Wellenpakete und Dispersion, Poisson-Lösung der Wellengleichung und Huyghens-Prinzip, Reflexion, Brechung, Green'sche Funktion der Wellengleichung, Lienard-Wiechert-Potentiale und Abstrahlung beschleunigter Ladungen)
  • Mathematische Ergänzungen (delta-Distribution, Vektoranalysis, orthogonale Funktionensysteme)

 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I und II
 

Einführende Literatur:

  • J. D. Jackson, "Klassische Elektrodynamik" , De Gruyter
  • W. Nolting, "Grundkurs Theoretische Physik, Band 3, Elektrodynamik", Springer Verlag, Online Version
  • W. Nolting, "Grundkurs Theoretische Physik, Band 4, Spezielle Relativitätstheorie, Thermodynamik", Springer Verlag, Online Version
  • T. Fließbach, "Elektrodynamik: Lehrbuch zur Theoretischen Physik II", Spektrum Akademischer Verlag
  • F. Scheck, "Theoretische Physik 3: Klassische Feldtheorie", Springer Verlag, Online Version


Theoretische Physik V
(Statistische Physik)

Dozent: Prof. Dr. Jens Timmer
Zeit: 4 + 2 st., Mo 12-14, Mi 10-12
Ort: HS II
Beginn: 19.10.2015
Vorlesungs link


Programm: 

  • Grundlagen der theoretischen Thermodynamik. Nullter, erster, zweiter und dritter Hauptsatz der Thermodynamik, Gibb'sche Fundamentalform, statistischer Entropiebegriff, thermodynamische Potenziale, Legendre- Transformationen; thermische und kalorische Zustandsgleichung, Max- well-Relationen, einfache Beziehungen zwischen Materialgrößen; spezi- ell die Zustandsgrößen und Beziehungen beim freien Gas. Zyklische Prozesse (Carnot-Prozess, Stirling-Prozess), Wirkungsgrad.
  • klassische und quantenmechanische Beschreibung von thermodynami- schen Gleichgewichtszuständen (Gesamtheiten). Zustandssummen der kanonischen und Großkanonischen Gesamtheit. Maxwell-Verteilung, barometrische Höhenformel, Virialsatz, klassische Störungsrechnung.
  • Freie Quantengase: Bose-Gas, Bose-Einstein-Kondensation; Fermi-Gas bei tiefen Temperaturen, Photonen (Planck'sche Strahlungsformel), Phononen, thermodynamische Freiheitsgrade. Dia-, Para- und Fer- romagnetismus.
  • Einführung in die Theorie der Phasenübergänge, Landau-Theorie des Phasenübergangs, kritische Exponenten.

 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I-IV, Analysis und Lineare Algebra
 

Einführende Literatur:

  • T. Fließbach. Statistische Physik
  • J. Honerkamp. Statistical Physics
  • W. Nolting. Theoretische Physik 6. Statistische Physik

 


Datenanalyse für Naturwissenschaftler/innen: Statistische Methoden in Theorie und Praxis

Dozent: apl. Prof. Dr. Ulrich Landgraf
Zeit: 4 + 2 st., Mo, Di 14-16
Ort: SR I
Beginn: 19.10.2015

Programm:

Zur Einführung werden die Konzepte und Rechenmethoden der Statistik vorgestellt. Es werden die wichtigsten Wahrscheinlichkeitsverteilungen mit ihren Eigenschaften und Anwendungsbereichen diskutiert. Die "Monte-Carlo-Methode" zur Simulation von Zufallsereignissen wird besprochen.

Ein wichtiger Teil der Vorlesung behandelt die Parameterschätzung mit den Methoden der "Maximum Likelihood" und der "kleinsten Fehlerquadrate".

Im letzten Teil der Vorlesung geht es dann um den Test von statistischen Hypothesen, d.h. es wird erklärt, wie man die Signifikanz berechnet, mit der eine Hypothese akzeptiert oder zurückgewiesen wird. Außerdem wird besprochen, wie Konfidenzintervalle und Ausschlussgrenzen bestimmt werden.

Die Vorlesung wird von Übungen begleitet, in denen u. a. auch simulierte Datensätze mit dem Computer erzeugt und statistisch ausgewertet werden.
 

Vorkenntnisse:

Elementare Kenntnisse der Differential- und Integralrechnung.

 

Einführende Literatur:

  • Cowan, Statistical Data Analysis, Oxford Univ Press
  • Brandt, Datenanalyse: Mit statistischen Methoden und Computerprogrammen, Spektrum Akademischer Verlag
  • Barlow, Statistics: A Guide to the Use of Statistical Methods in the Physical Sciences, Wiley VCH
  • Blobel und Lohrmann, Statistische und numerische Methoden der Datenanalyse, Teubner Verlag

 


Biophysik der Zelle

Dozent:
Prof. Dr. Alexander Rohrbach,
Dr. Dominic Ruh

Zeit: 3 + 2 st., Di 10-13
Ort: IMTEK, Gebäude 052, SR 02-017
Beginn: 20.10.2015

Programm:

Die Vorlesung stellt einen Streifzug durch die moderne Zellbiophysik dar, adressiert Fragen der aktuellen Forschung und stellt moderne Untersuchungsmethoden vor. Dies beinhaltet klassische, aber auch neueste physikalische Modelle und Theorien, welche in Kombination mit raffinierten Messmethoden einen erheblichen Fortschritt in der Biophysik, ermöglicht haben. Die angewandten physikalischen Methoden beflügeln nicht nur die Biologie und Medizin, sondern auch die Physik komplexer Systeme, welche mit der lebenden Zelle ein unvergleichliches Niveau an Selbstorganisation und Komplexität erreicht. Die Vorlesung richtet sich an Physiker und Ingenieure im Hauptstudium. Sie bietet eine bunte Mischung aus Physik, Biologie und Chemie, Mathematik und Ingenieurswissenschaft, welche mit zahlreichen Bildern und Animationen (sowie den Übungen) veranschaulicht werden.

Themen:

  1. Struktur und Aufbau der Zelle oder Das Rezept für zellbiophysikalische Forschung
  2. Diffusion und Fluktuationen
  3. Mess- und Manipulationstechniken
  4. Biologisch relevante Kräfte
  5. Biophysik der Proteine
  6. Polymerphysik
  7. Viskoelastizität und Mikro-Rheologie
  8. Die Dynamik des Zytoskeletts
  9. Molekulare Motoren
  10. Membranphysik

 

Vorkenntnisse:

 

Einführende Literatur:

  • Joe Howard: Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton
  • Gary Boal: Mechanics of the Cell
  • Rob Phillips : Physical Biology of the Cell

 


Grundlagen der Halbleiterphysik

Dozent: apl. Prof. Dr. Joachim Wagner
Zeit: 3 st., Fr 8-11
Ort: HS II
Beginn: 23.10.2015

Programm:

 

Vorkenntnisse:

 

Einführende Literatur:

 


Solarthermie

Dozent:Prof. Dr. Eicke Weber
Zeit: 2 + 1 st., Di 8-10
Ort: SR Westbau 2.OG
Beginn: 20.10.2015

Programm:

 

Vorkenntnisse:

 

Einführende Literatur:

 


Wissenschaftliches Rechnen mit Mathematica

Dozent: Prof. Dr. Hanspeter Helm
Zeit: 3 + 2 st., Mi 14-17
Ort: CIP Pool II
Beginn: 21.10.2015
Vorlesungs link

Programm:

Die numerische Behandlung konkreter naturwissenschaftlicher und technischer Problemstellungen spielt eine immer bedeutendere Rolle im Aufgabenprofil von Naturwissenschaftlern und Naturwissenschaftlerinnen. Parallel dazu liefern rechnergesteuerte Experimente immer umfangreichere Datensätze, deren Analyse nur über Rechner möglich ist. In dieser Veranstaltung beschäftigen wir uns in ersten Ansätzen mit diesen Themen und üben sie anhand praktischer Beispiele.

Nach einer Einführung in das Programmpaket MATHEMATICA® und seine Programmiersprache üben wir uns in Beispielen des symbolischen und numerischen Rechnens, der Lösung gekoppelter Differentialgleichungen sowie der Signal- und Bildanalyse. Schwerpunkte liegen unter anderem auch auf der interaktiven Kontrolle der Rechnungen, der grafischen Darstellung der Ergebnisse und dem Export und Import von Grafiken.

 

Vorkenntnisse:

Grundlagen der Physik und Mathematik. Die Veranstaltung wird insbesondere empfohlen für Studierende der Fächer Physik und Mathematik ab dem 3. Fachsemester und für andere interessierte Studierende naturwissenschaftlicher Fächer nach ihrem Physiksemester.

 

Einführende Literatur:

http://www.wolfram.com/

 


Advanced Quantum Mechanics

Dozent: Prof. Dr. Gerhard Stock
Zeit: 4 + 3 st., Mi, Fr 10-12
Ort: HS I
Beginn: 19.10.2015
Vorlesungs link

Programme:

I. Introduction

II. Spin and Angular Momentum

  • Introduction
  • Spin and Pauli equation
  • Addition of angular momentum
     

III. Many Particle Theory

  • Construction of many-particle wave functions
  • Perturbation theory and variation principle
  • Two electron atom
  • Hartree-Fock Theory
  • Molecules
     

IV. Quantum Dynamics

  • Wave packets and classical limit
  • Scattering theory
  • Time-dependent perturbation theory
  • Spectra and correlation functions
  • Density matrix relaxation theory
     

V. Relativistic Quantum Theory
 
Literature:

  • F. Schwabl, Quantum Mechanics (2007, Springer)
  • W. Greiner, Quantum Mechanics, An Introduction (Vol. 4, 2001, Springer)
  • C. Cohen-Tannoudj, Quantum Mechanics 2 (2009, de Gruyter)
  • D. J. Tannor, Introduction to Quantum Mechanics (2007, Univ. Science)

 


Introduction to General Relativity

Dozenten:
Prof. Dr. Jochum van der Bij,
Dr. Christian Steinwachs

Zeit: 4 + 2 st., Mo, Di 10-12
Ort: SR I
Beginn: 19.10.2015

Programme:

Prerequisits:
Literature:

 


Classical Complex Systems

Dozent: apl Prof. Dr. Oliver Mülken, Dr. Maxim Dolghushev
Zeit: 4 + 2 st., Mo 10-12, Fr 14-16
Ort: SR Gustav-Mie-Haus
Beginn: 19.10.2015

Programme:

In this lecture we will study different theoretical methods for describing the classical dynamics in complex systems. While in classical mechanics one treats systems which behave in a regular manner, dynamic processes in Nature are often chaotic, i.e., the behavior of a system strongly depends on the initial preparation of the system. In the first part of the lecture we will invesitigate the stochastic nature of systems with large numbers of degrees of freedom. After introducing the mathematical foundations of stochastic processes, we will be able to describe various types of processes in physics or chemistry. In the second part of the lecture we will introduce concepts which allow us to describe such rich and complex behavior mathematically by resorting to some rather simple model systems.

  • Part I: Stochastic Processes
  • Part II: Chaos Theory

 

Prerequisits:

The lecture is intended for master students having passed the lectures Theoretical Physics I-V. Further concepts and mathematical methods will be introduced when necessary.
 

Literature:

  • N. G. van Kampen, Stochastic processes in physics and chemistry, North-Holland (1990)
  • Edward Ott, Chaos in Dynamical Systems, Cambridge University Press (1993)
  • Predrag Cvitanovic, Roberto Artuso, Ronnie Mainieri, Gregor Tanner, Gabor Vattay, Niall Whelan and Andreas Wirzba, chaosbook.org

 


Particle Detectors

Dozent: Prof. Dr. Karl Jakobs
Zeit: 3 + 3 st., Do 10-12, Fr 8-10 14-tgl.
Ort: SR Gustav-Mie-Haus
Beginn: 22.10.2015

Programme:

In this lecture the principles of particle detection, the basic measurement concepts and technical realisations are presented. After the discussion of individual detector components and detection principles, complete, large-scale detector systems in particle and astro-particle physics are discussed. In addition, some selected applications in medical imaging and other areas are presented.

Topics:

  • Basic interactions of charged and neutral particles
  • Measurement of ionisation
  • Position and momentum measurements
  • Time measurements
  • Energy measurement in calorimeters
  • Particle identification
  • Detector systems in particle and astro-particle physics
  • Selected applications in other areas
     

Prerequisits:

Bachelor studies, Experimental Physics V (Nuclear and Particle Physics)
 

Literature:

  • K. Kleinknecht, Detectors for Particle Radiation, Cambridge University Press, 2nd edition (2008)
  • W.R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer Verlag
  • C. Grupen, Teilchendetektoren, BI Wissenschaftsverlag

 


Advanced Atomic and Molecular Physics

Dozent: apl Prof. Dr. Marcel Mudrich
Zeit: 4 + 2 st., Mo 12-13:30, Mi 16-17:30
Ort: SR Westbau 2.OG
Beginn: 19.10.2015
Tutorials: Friday 12:00 in the seminar room in SR WB 2. OG

Programme:

Prerequisits:
Literature:

 


Advanced Particle Physics

Lecturer: Prof. Dr. Gregor Herten
Time: 4 + 2 st., Di, Mi 8-10
Place: SR Gustav-Mie-Haus
Start: 20.10.2015

Programme:

  • Dirac Equation
  • Calculation with Feynman-Diagrams
  • Gauge Theories of electromagnetic weak and strong interactions
  • Electroweak interference
  • Lepton-Proton Scattering
  • Higgs Mechanism
  • Hadron Collider Physics
  • Physics beyond the Standard Model


The lecture introduces the modern concepts of the Standard Model of Particle Physics. Building upon the course “Experimentalphysik VI, Kern- und Teilchenphysik” Feynman-Diagrams are introduced and used to calculate scattering cross sections. The Mathematica program is introduced and used to perform such calculations efficiently in the exercises.  The Higgs mechanism will be explained in detail as well as problems in the Standard model which motivate the search for new particles beyond the standard model. The lectures are complemented by exercise with the aim is to provide a solid foundation in particle physics.
 

Prerequisits:  Experimentalphysik VI, Kern- und Teilchenphysik

Literature:

  • Quarks & Leptons, Halzen- and Martin, John Wiley Verlag
  • Introduction to Elementary Particle Physics, D. Griffith, John Wiley Verlag

 


Advanced Condensed Matter I: Solid State Physics

Dozent: Prof. Dr. Oliver Waldmann
Zeit: 4 + 2 st., Di, Mi 12-14
Ort: HS II
Beginn: 20.10.2015

Programme:

Prerequisits:
Literature:

 


Theoretical Astrophysics I: Stars and Planets

Dozent: Prof. Dr. Svetlana Berdyugina, Dr. Nadine Afram
Zeit: 3 + 2 st, Do 14-17
Ort: SR Kiepenheuer-Institut
Beginn: 22.10.2015
Lecture link


Programme:

  • Physics of stellar atmospheres,
  • Stellar magnetic activity,
  • Star formation and evolution,
  • Planets: formation, evolution, atmospheres, habitability

 

Prerequisits:

Literature:

 


Electronic Structure of Condensed Matter I

Dozent: apl. Prof. Dr. Christian Elsässer
Zeit: 2 + 1 st., Fr 8-10
Ort: SR I
Übungen: 14-tägig, 2 st., Ort und Zeit nach Vereinbarung
Beginn: 23.10.2015

 

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)

 


Standard Model of Particle Physics

Dozent: JProf. Dr. Harald Ita
Zeit: Mo 8-10, Di 12-14
Ort: Mo SR I, Di SR GMH
Übungen: Mo 12-14, SR III
Beginn: 19.10.2015
Lecture link


Programme:

We will attempt to start with a Feynman diagram particle picture for the semiclassical description of the Standard Model. Some of the main topics we will discuss are given below:

  • Special relativity and Lorentz transformations
  • Relativistic quantum mechanics
  • Maxwell field equations and Lagrangians
  • Interacting fields
  • Feynman rules
  • Quantum electrodynamics
  • Gauge theories
  • Higgs field and spontaneous symmetry breaking
  • Standard Model Lagrangian

 

Prerequisits:

 Electrodynamics, basics in Quantum Mechanics
 

Literature:

  • The Standard Model: A Primer, Cliff Burgess and Guy Moore
  • Phenomenology of Particle Physics by S.P. Martin
  • Quantum Field Theory and the Standard Model, Matthew D. Schwartz
  • Introduction to Quantum Field Theory, M.E. Peskin and D.V. Schroeder

 


Computational Materials Physics

Dozent: Prof. Dr. Michael Moseler
Zeit: Mi 14-17
Ort: SR GMH
Übungen: Do 14-16, CIP Pool II
Beginn: 21.10.2015

Programme:

This lecture provides an introduction into basic concepts of atomistic computational materials science. The computational tools for different time and length scales will be introduced and it will be discussed how these tools can be combined in order to solve physical problems extending over too many scales for one single method alone. We will start with a brief introduction to density functional theory and more approximate methods such as tight binding. Quantum derived forces can be extracted from these methods and the short term dynamics of small nanosystems can be studied. For the study of larger systems and longer time scales, classical interatomic potentials are required. The students will become familiar with some examples for the different types of interatomic potentials: e.g. Lennard-Jones, Born-Mayer, Embedded-Atom, Bond-Order-potentials as well as bead-spring potentials for polymers. A brief introduction into the basic methodology of micro-canonical and thermostated molecular dynamics simulations will be given.

The lecture is accompanied by a hands-on programming course. Classical molecular dynamics simulations will be used to study metallic and covalently bonded materials.

Prerequisits:

 

Literature:

 


Experimental Polymer Physics

Dozent: Prof. Dr. Günter Reiter
Zeit: Do, Fr 8-10
Ort: Do SR I, Fr HS I
Beginn: 22.10.2015
Lecture link


Programme:

Polymere sind aus dem täglichen Leben und der Technologie nicht mehr wegzudenken, wenn man z.B. an Materialien wie PET-Flaschen und PVC, Nylon, Teflon oder Gummis denkt. Auch in der Natur sind Biopolymere allgegenwärtig, wie z.B. DNA, Proteine oder Zellulose. Die Vorlesung gibt eine Einführung in die experimentellen und theoretischen Konzepte zum Verständnis und der Beschreibung von Polymersystemen. Dabei werden sowohl angewandte und Materialaspekte diskutiert - wie das Fließen von Polymeren, Elastomere und kristalline Polymere - als auch aktuelle Themen aus der Grundlagenforschung wie z.B. der Glasübergang, die Dynamik in eingeschränkten Geometrien und Selbstassemblierung. Die Vorlesung behandelt grundlegende theoretische Konzepte und anschauliche Experimente, wird mit einfachen Einzelkettenphänomenen beginnen und dann stufenweise die komplexeren Strukturen und Dynamiken in Polymerlösungen, -schmelzen und -mischungen entwickeln.

On demand this lecture can be given in English.
 

Prerequisits:

Grundvorlesungen und etwas Thermodynamik

 

Literature:

  • G. Strobl, The Physics of Polymers
  • Colby & Rubinstein, Polymer Physics
     

Photonic Microscopy

Dozent:
Prof. Dr. Alexander Rohrbach,
Dr. Dominic Ruh

Zeit: 3 + 2 st., Mi 13-16
Ort: SR I
Beginn: 21.10.2015

Programme:

  1. Microscopy: History, Presence and Future
  2. Wave- and Fourier-Optics
  3. 3D optical imaging and information transfer
  4. Contrast enhancement by Fourier-filtering
  5. Fluorescence – basics and techniques 
  6. Scanning microscopy: from confocal to 4pi microscopy
  7. Microscopy with self-reconstructing beams
  8. Optical tomography
  9. Nearfield and evanescent field microscopy
  10. Super-resolution using structured illumination
  11. Multi-Photon-Microscopy
  12. Super resolution by switching single molecules

 

About the lecture:
The scientific breakthroughs and technological developments in optical microscopy and imaging have experienced a real revolution over the last 10-15 years. Hence, the 2014 Nobel-Prize for super-resolution microscopy could be seen as a logical consequence. This lecture gives an overview about physical principles and techniques used in modern photonic imaging.

Goals:
The student should learn how to guide light through optical systems, how optical information can be described very advantageously by three-dimensional transfer functions in Fourier space, how phase information can be transformed to amplitude information to generate image contrast. Furthermore one should experience that wave diffraction is not reducing the information and how to circumvent the optical resolution limit. The student should learn to distinguish between coherent and incoherent imaging, learn about modern techniques using self-reconstructing laser beams, two photon excitation, fluorophores depletion through stimulated emission (STED) or multi-wave mixing by coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS). The lecture has an ongoing emphasis on applications, but nevertheless presents a mixture of fundamental physics, compact mathematical descriptions and many examples and illustrations. The lecture aims to encompass the current state of a scientific field, which will influence the fields of nanotechnology and biology/medicine quite significantly.

In the tutorials the contents of the lecture will be strengthened and consolidated. In particular transfer thinking will be trained. The students must work on the weekly distributed exercises and then present the results in class after one week. The solutions of the more difficult exercises might be presented by the tutor.
 

Prerequisits:

 

Literature:

 


X-ray Analysis- Applications in Material and Life Sciences

Dozent: Dr. Alex Ulyanenkov
Zeit: 2 + 1 st., Mo 10-14 (14-täglich)
Ort: SR II
Beginn: 19.10.2015
Lecture link

Programme:

The faculty of Mathematics and Physics offers a course on modern X-ray Analysis: Applications in Material and Life Sciences. The course covers the basics of X-ray scattering processes, the fundamental theories describing the scattering of X-ray radiation from solid and soft matter, the instrumentation for X-ray experiments and data analysis techniques. There are multiple experimental setups and interpretation methods discussed in application to various objects: from semiconductors to biological cells and proteins.
 

Abstract:

X-rays have been proven to be a powerful and reliable tool in studying a large diversity of micro- and nanoscale objects. The wavelength of X-rays is a perfect fit to the typical sizes of basic structures used in all modern technologies and science: crystallographic lattice in semiconductor thin films; biological molecules in protein crystallography; nanoscale objects like quantum dots and quantum wires in optoelectronics; and many others. This fact initiated the intensive development of various measurement techniques and instrumentation to satisfy the large variety of requirements coming from scientific and industrial communities. Information on the intrinsic structure of samples is further obtained  from the detailed analysis of the scattered and detected X-ray intensities, which demands robust theoretical methods for data interpretation. The experimental data obtained from modern X-ray
equipment contains a large amount of information hidden in the fine structure of the measured X-ray spectra. This fine structure became measurable due to the essential progress in the development of X-ray optics, detectors and X-ray sources. The growing complexity of both experiments and structure of the samples constantly stimulates the
further development of the theoretical methods for data analysis.

Students will learn about awide variety of the applications of X-ray methods in modern material researches, biological sciences, proteomics, technological processes and quality control. The obtained knowledge can be later used and applied both in scientific and academic studies and in industrial sectors for R&D and QA purposes. The area of applications covers the whole domain of natural sciences and technologies starting from structure determination of proteins and biological objects on one side and ending by the investigation of atomic ordering in modern nanostructures. Thus, the subject of course is useful for a large audience, and the market of X-ray analytical instrumentation reflects this wide application area.

There are multiple X-ray techniques used for sample evaluation, each of which is suitable for different kinds of the structures. X-ray Bragg diffraction probes samples possessing a crystallographic structure and characterizes the structure on a broad scale, from micro-crystallites in polycrystalline materials to the properties of coherent epitaxial samples averaged over large areas. The specular Xray reflectivity characterizes surface and subsurface amorphous or crystalline layers in view of their electron density profiles, layer thicknesses, and interface roughness. The X-ray small-angle scattering method exposes valuable information on the distribution and characteristics of the non-uniformities inside or on the surface of the sample. The pair-distribution function method permits us to obtain the interatomic distances for amorphous, crystalline and quasi-crystallinematerials.
 

Preliminary programme:

Introduction in X-ray analysis and basics of X-ray diffraction
  X-ray scattering and interaction with the matter
  Advantages of X-rays
  Techniques and methods
  Fundamentals of crystallography

X-ray instrumentation
  Lab equipment
  Synchrotrons
  Components: Sources, Optics, Detectors
  Measurements

Theories of X-ray scattering
  Basics of scattering theory
  Kinematical theory
  Dynamical diffraction theory
  Resolution function
  Diffraction from lateral nanostructures

X-ray investigation techniques
  Powder diffraction
  High-resolution X-ray diffraction
  X-ray Reflectivity
  Small-angle X-ray scattering
  Residual stress analysis
  Texture analysis
  Protein crystallography and single crystals
  Small molecules X-ray analysis
  Pair-distribution function method
  X-ray imaging
  X-ray topography

Applications of X-ray methods
  Material Research
  Proteomics and Small molecules
  Mineralogy and Petrochemical
  Quality Control
  Preclinical medicine, micro-tomography
  Cement, Environmental, Forensic, Heritage
  Semiconductors
  Metallurgy, Airspace and Automotive

Software for X-ray data interpretation
  Powder X-ray diffraction
  Biological SAXS
  Thin film analysis
  Texture and stress
  Structure determination

Prerequisits:
   Fundamental knowledge in Physics

Literature:

  • A.Benediktovitch, I.Feranchuk, A.Ulyanenkov, Theoretical Concepts of X-ray Nanoscale Analysis, Heidelberg: Springer, 2013
  • U.Pietsch, V.Holy, T.Baumbach, High-Resolution Xray Scattering: From Thin Films to Lateral Nanostuctures, 2nd ed., Springer, Heidelberg, 2004
  • J.Daillant and A.Gibaud, X-ray and Neutron Reflectivity: Principles and Applications, Springer, Heidelberg, 1999
  • R.E.Dinnebier and S.J.L.Billinge, Powder Diffraction: Theory and Practice, RSC Publishing, Cambridge, 2008.

 


Astronomical Telescopes and Instrumentation

Dozent: Prof. Dr. Oskar von der Lühe
Zeit: 2 + 1 st., Mi 14-16
Ort: SR Kiepenheuer-Institut
Beginn: 21.10.2015
Lecture link

Programme:

This lecture provides an overview of instruments in astronomy and addresses the following topics:introduction to geometrical optics and aberration theory, design and construction of astronomical telescopes throughout the e. m. wave spectrum on the ground and in space, post-focus instrumentation for astronomical telescopes, spectroscopy and polarimetry, detectors for astronomy, radio telescopes, detection of astroparticles and gravitational waves.

The lecture is targeted at students of the Master's curriculum in physics.

 

Prerequisits:

Completion of an introductory course on astrophysics (e. g. bachelor course) is highly recommended to attend this course.
 

Literature:

The script will be made available through Ilias.
 


Physics of Dissipative Patterns - An Introduction

Dozent: PD Dr. Falko Ziebert
Zeit: 2 + 1 st, Mo 14-16
Ort: SR II
Beginn: 19.10.2015
 

Programme:

Pattern formation is one of the most fascinating and intriguing phenomena in nature. It takes place in a wide variety of physical, chemical and biological systems and on very different spatial and temporal scales: examples are convection phenomena in geosciences and meteorology, but also patterns occurring in chemical reactions and bacterial colonies. In some circumstances, pattern formation is undesired, for instance the formation of spiral waves leading to cardiac arrhythmias in the heart muscle. In other contexts, pattern formation is even essential for the functioning of a system as in embryo development.

We will give an introduction to the basic phenomena in pattern formation. We will discuss how and which kind of instabilities can occur in dissipative, i.e. out-of-equilibrium, driven systems and how these instabilities lead to bifurcations to stationary vs. oscillatory and long-wavelength vs. finite wavelength structures.

We will then discuss generic models for pattern formation and deduce the universal description of nonlinear pattern dynamics via amplitude equations (also called center manifolds), leading to the famous complex Ginzburg-Landau equation.
 

Prerequisits:
 

Literature:

  • Ball P, The Self-Made Tapestry: Pattern Formation in Nature (Oxford, Oxford Univ. Press, 1998).
  • Cross M C and Hohenberg P C, Rev. Mod. Phys. 1993.
  • Cross M C and Greenside H, Pattern formation and dynamics in nonequilibrium systems (Cambridge, Cambridge Univ. Press, 2009).

 


 

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