Kommentare Sommersemester 2015

Experimentalphysik II
(Elektrizität Magnetismus, Optik)

Dozent: Prof. Dr. Oliver Waldmann
Zeit: 4 st., Mo, Mi 10-12
Ort: Gr. HS
Beginn: 20.04.2015

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
• Kapaziät
• Elektrischer Strom, Widerstand und Stromkreise
• Magnetfelder
• Strominduzierte Magnetfelder, Induktion und Induktivität
• Maxwellgleichungen
• Schwingkreise und Wechselstrom
• Elektromagnetische Wellen
• Geometrische Optik
• Licht als Welle: Interferenz und Beugung
• Reflexion und Brechung von Licht
• Interferenz und Beugung von Licht

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I
 

Einführende Literatur:

• Tipler/Mosca, Physik (Elsevier)
• Demtröder, Experimentalphysik 2 (Springer)
• Bergmann/Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 2, Elektromagnetismus (de Gruyter)
• Gerthsen, Physik (Springer)

Experimentalphysik IV
(Atom-, Molekül- und Optische Physik)

Dozent: apl. Prof. Dr. Bernd von Issendorff
Zeit: 4 st., Mi 8-10, Do 12-14
Ort: HS I
Beginn: 22.04.2015

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 II
(Mechanik und Spezielle Relativitätstheorie)

Dozent: apl. Prof. Dr. Heinz-Peter Breuer
Zeit: 4 st., Di, Do 10-12
Ort: HS I
Beginn: 21.04.2015
Vorlesungs 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 VI
(Quantenmechanik)

Dozent: Prof. Dr. Gerhard Stock
Zeit: 4 st., Mo 10-12, Di 12-14
Ort: HS I
Beginn: 20.04.2015

Programm: 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I-III
 

Einführende Literatur:

Einführung in die Moderne Digitalelektronik

Dozent: apl. Prof. Dr. Horst Fischer
Zeit: 2 st., Fr 12-14
Ort: SR I
Übungen: Di 16-19, CIP Pool II
Beginn: 24.04.2015

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 12-14 (14-tgl), Do 14-16
Ort: Di SR I, Do HS II
Beginn: 21.04.2015

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;

Astronomisches Praktikum

Dozent: Prof. Dr. Wolfgang Schmidt
Zeit: 4 st., durchgeführt als Kompaktkurs ab Ende Juli
Vorbesprechung: Fr. 8, Mai 9:00 Uhr, KIS, Schönecktraße 6
Termin: nach Vereinbarung, eine Woche, voraussichtlich im Zeitraum 27. Juli bis 9. August
Ort: Schauinsland-Observatorium des KIS
Teilnehmerkreis: BSc, MSc
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:

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: 20.04.2015
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

Halbleiterbauelemente

Dozent: PD Dr. Harald Schneider, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
Zeit: 2 st., Blockvorlesung 26.-29.05.2015, 10-12 und 14-17 sowie 1-2 Vorlesungen nach Vereinbarung
Ort: HS II
Beginn: 26.05.2015

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

Statistik und Numerik

Dozent: Prof. Dr. Jens Timmer
Zeit: 3 st., Mo 12-14, Mi 13-14
Ort: Mo SR I, Mi HS I
Übungen: Mi 14-16 CIP Pool II
Beginn: 21.04.2015
Veranstaltungs link

Programm:

Jeder Vergleich eines physikalischen Modells mit experimentellen Daten läuft auf eine statistische Fragestellung hinaus. Die Analyse experimenteller Daten und die Lösung physikalischer Modelle erfordert verschiedenste numerische Methoden. Die Vorlesung gibt einen Überblick über statistische und numerische Methoden, die in der Physik relevant sind.
Inhalt:

• Zufallsvariablen
• Parameterschätzung
• Testtheorie
• Lösung linearer Gleichungssysteme
• Optimierung
• Nichtlineare Modellierung
• Kernschätzer
• Integration von Differentialgleichungen
• Spektralanalyse
• Markov Chain Monte Carlo Verfahren

Vorkenntnisse:

Grundlagen der Analysis und der Linearen Algebra
 

Einführende Literatur:

• Numerical Recipes

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: 21.04.2015

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: 22.04.2015

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: 20.04.2015
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., Mi 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 Quantum Optics

Dozent: Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Zeit: 4 st., Mo, Do 10-12
Ort: Mo SR I, Do HS II
Beginn: 20.04.2015

Programme:

The lecture addresses the fundamental aspects of light-matter interaction, with a special focus on the quantum properties (i.e., essentially the granularity) of light. Field theoretical elements from Quantum Electro Dynamics (QED) are merged with quantum statistical and semiclassical theory. Paradigmatic experimental scenarios of non-equilibrium quantum evolution will be discussed within this more general theoretical framework.

Prerequisits:

Quantum Mechanics I (Theoretical Physics IV)
 

Literature:

• C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, G. Grynberg, Atom-Photon-Interactions
• L. Mandel, E. Wolf, Optical coherence and quantum optics
• R. Loudon, The quantum theory of light
• S. Haroche, J.-M. Raymond, Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons

Theoretical Solid State Physics

Dozent: apl. Prof. Dr. Oliver Mülken
Zeit: 4 st., Mi 12-14, Do 14-16
Ort: Mi SR GMH, Do SozR GMH
Übungen: Do 16-18 SR GMH
Beginn: 22.04.2015

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. Jochum van der Bij
Zeit: 4 st., Mo 12-14, Di 14-16
Ort: HS II
Beginn: 20.04.2015

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, Mi 10-12
Ort: Westbau SR 2.OG
Beginn: 20.04.2015
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“

Hadron Collider Physics

Dozent: Prof. Dr. Karl Jakobs, Dr. Carsten Köneke
Zeit: 3 st., Mo 10-12 (14 tgl.), Di 10-12
Ort: SR GMH
Beginn: 20.04.2015

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.

Condensed Matter II: Interfaces and Nanostructures

Dozent: Prof. Dr. Günter Reiter
Zeit: 4 st., Do, Fr 8-10
Ort: HS I
Beginn: 23.04.2015
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

Theory of Disordered Matter

Dozent: Prof. Dr. Alexander Blumen
Zeit: Mi, Do 10-12
Ort: SR GMH
Beginn: 22.04.2015

Programme:

Prerequisits: 

Literature:

Supersymmetry

Dozent: Prof. Dr. Stefan Dittmaier
Zeit: Mo 14-16, Di 12-14
Ort: HS II
Übungen: Mi 10-12, SR III
Beginn: 20.04.2015

Programme:

Prerequisits: 

Literature:

Superconductivity 2

Dozent: 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: 24.04.2015

Programme:

In englischer oder deutscher Sprache nach Vereinbarung.

• Introduction to the quantum mechanics of homogeneous superconductors; Cooper's problem.
• Electron-phonon interaction in normal metals and superconductors.
• Theory of Bardeen, Cooper and Schrieffer; the energy gap; experimental observations.
• Thermal and optical excitations; derivation of thermodynamic properties.
• Quantum mechanics of inhomogeneous superconductors

In Superconductivity 1 (WS 2014/15), the phenomenology of superconductivity has been addressed.

• Fundamental experiments: persistent current, perfect diamagnetism, isotope effect, flux quantization.
• Type-I and Type-II superconductivity.
• Phenomenological theories: London, Ginzburg-Landau, Lawrence-Doniach.
• Characteristic parameters: critical temperature T_c, critical fields and currents, penetration depth, coherence length.

Prerequisits: 

Literature:

• M. Tinkham, Introduction to Superconductivity
• W. Buckel u.R. Kleiner, Supraleitung: Grundlagen und Anwendungen

General Relativity II

Dozent: JProf. Dr. Harald Ita, Dr. Christian Schwinn
Zeit: Mo 10-12, Di 10-12
Ort: SR III
Übungen: Mo 12-14, SR III
Beginn: 20.04.2015
Lecture link

Programme:

• Geometrical methods in field theory
• Black Holes
• Field theory approach to gravity
• Quantization free fields
• Methods in 2d conformal field theory
• Extended Objects (D-Branes)

Prerequisits:

Literature:

• General relativity lecture notes of Blau and Marolf
• Jacobs: lectures on black hole thermodynamics
• Traschen: black hole radiation
• Baumann: TASI lectures on inflation
• Polchinski: "String Theory I" and "String Theory II"
• Kiritsis: "Introduction to Superstring Theory"

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: 23.04.2015

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:

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: 23.04.2015
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 10-13
Ort: SR I
Übungen: Di 14-16
Beginn: 21.04.2015

Programm:

Optische Fallen und optische Partikel-Tracking spielen eine Schlüsselrolle bei zukünftigen Mikro- und Nanosystemen an der Schnittstelle zu den Life Sciences. In der Vorlesung sollen Sie lernen, was mit optischen Kräften machbar ist, wo physikalische Grenzen liegen und was im Moment noch durch Technologie beschränkt wird. Neben faszinierender Grundlagenforschung lassen sich verschiedenste Anwendungen ableiten, in Kombination mit bestehenden Mikrosystemen, in der Biologie, oder in fluktuationsgesteuerten Systemen. Die Vorlesung ist vielfältig und vermittelt Grundlagen in der Optik, der statistischen Physik und der Biologie/Biophysik.

In den Übungen sollen die Inhalte der Vorlesung sowohl vertieft als auch gefestigt werden. Insbesondere soll das Transferdenken geschult werden. Hierzu werden die wöchentlich ausgeteilten Aufgaben innerhalb einer Woche bearbeitet und dann i.d.R. von den Studenten oder bei schwereren Aufgaben vom Tutor an der Tafel vorgerechnet.

Inhalt:

• Einführung
• Licht – Informationsträger und Aktor
• Nur über die Mikroskopie
• Lichtstreuung
• Optische Kräfte
• Bewegungsverfolgung jenseits des Unschärfebereichs
• Brownsche Bewegung und Kalibrierungstechniken
• Photonische Kraftmikroskopie
• Anwendungen in der Biophysik
• Time-Multiplexing und holographisch optische Fallen
• Anwendungen in der Mikrosystemtechnik
• Anwendungen in der Nanotechnologie

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

Theoretical Astrophysics II: Stellar Magneto-Hydrodynamics and Pulsations

Dozent: PD Dr. Markus Roth
Zeit: 2 st, Mi 10-12
Ort: SR I
Beginn: 22.04.2015
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

Quantum Transport

Dozent: PD Dr. Michael Walter
Zeit: 2 st, Mi 14-16
Ort: SR WB 2.OG
Beginn: 22.04.2015
 

Programme:

In this lecture, we will present an explicit description of an electronic device at the atomic scale, with the aim to arrive at a single molecule transistor, which is very 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 the conductance of such a device during the course. On our way we will also touch semi-classical descriptions of transport based on Marcus theory relevant for organic electronics.

• Atomistic view of conductance (energy levels, quantum of conductance)
• Basis functions and band structure (basis functions, tight-binding, subbands)
• Hopping, Marcus description
• Density matrix, Green function, spectral functions
• Open systems (level broadening, lifetime)
• Coherent transport (transmission, Landau-Büttiker formalism)
• Non-coherent transport and Ohm's law

Prerequisits:

Literature:

Deformable continua - from elastica & fluids to complex matter

Dozent: PD Dr. Falko Ziebert
Zeit: 4 st, Mo 14-16, Mi 12-14
Ort: SR I
Beginn: 20.04.2015
Lecture link
 

Programme:

Nature is full of deformable objects: from large scales like the earth mantle and the flow of the ocean, down to complex liquids like ketchup, or to the beating of a bacterial flagellum, coupled to the fluid around and propelling the bacterium forwards.
The lecture will introduce the concepts needed to describe and rationalize deformable media on the continuum level. We will start with a simple elastic medium, followed by a solid introduction to hydrodynamics. The different limits of the Navier-Stokes equation (e.g. Euler fluid, Stokes flow) and their generic behavior will be thoroughly discussed. This background part is followed by (brief) introductions to generalizations to more complex systems: nonlinear elasticity (an example is rubber), the intermediate behavior of visco-elasticity (examples are tooth pastes, ketchup, etc.), ordered liquids (liquid crystals, as used in LCD displays), and, if time permits, the recently discovered ‘active fluids’ (e.g. suspensions of swimming bacteria).
 

Prerequisits:
 

Literature:

• E. Guyon et al. Physical Hydrodynamics, Oxford (2001)
• P. Oswald, Rheophysics, Cambridge (2014)
• Landau & Lifshitz Vol 6: Fluid Mechanics
• Landau & Lifshitz Vol 7: Theory of Elasticity