Kommentare Wintersemester 2024/25

Veranstaltungsbeschreibungen in deutsch und für englisch-sprachige Master-Veranstaltungen in englischer Sprache. Course descriptions in German and for English-taught Master courses in English.

 

Vorkurs Mathematik

Dozent: PD Dr. Steffen Wolf
Zeit: Blockveranstaltung ganztägig, vor Vorlesungsbeginn: Mo 30.09.-Mi 02.10. und Fr 04.10.2024 (4 Tage)
Vorlesung: täglich 9-12
Übungen: nachmittags 14-17 in Gruppen
Ort: Großer HS Physik (Herrmann-Herder-Str. 3) - Lageplan

Der Kurs ist ganztägig und besteht aus Vorlesung und Rechenübungen.
Registrieren Sie sich für den Kurs auf https://kosmic.uni-freiburg.de/goto_ilias_crs_8156.html ("Vorkurs Mathematik des Physikalischen Instituts").
 

Programm:

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

Vorkenntnisse:

keine
 


Wissenschaftliches Programmieren

Dozent: Dr. Michael Böhler
Zeit: 2 + 2 st., Di 10-12
Ort: HS Rundbau
5 ECTS
Beginn:
ILIAS

Programm:

Einführung in das wissenschaftliche Programmieren am Beispiel der mächtigen Programmiersprache Python unter Verwendung von Jupyter notebooks. 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".
 

Voraussetzungen:

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

 

Einführende Literatur:

 


Mathematik II für Studierende der Physik

Dozent: Prof. Dr. Thomas Filk
Zeit: 4 st., Mi, Fr 12-14
Ort: HS I
9 ECTS
Beginn:
ILIAS


Programm:

  • Funktionentheorie:
    Komplexe, holomorphe und meromorphe Funktionen, Laurent-Reihen. Cauchy-Riemann'sche Differentialgleichungen, Komplexe Integration, Satz von Cauchy, Satz von Liouville, Residuensatz.
  • Gewöhnliche Differentialgleichungen:
    Existenz- und Eindeutigkeitssätze, Lipschitz-Bedingungen, Lineare Differentialgleichungen, Wronski-Determinante, homogene und inhomogene Differentialgleichungen, Matrix-Exponentialfunktion.
  • Ein-dimensionale Sturm-Liouville-Probleme, Eigenwertprobleme, Orthogonalsysteme
  • Spezielle Differentialgleichungen:
    Bessel, Hermite, Legendre, hypergeometrisch, konfluent hypergeometrisch und ihre Lösungen.

 

Vorkenntnisse:

Inhalte der Grundvorlesungen Analysis I, Lineare Algebra I, Mathematik I für Studierende der Physik
 

Einführende Literatur:

 


Experimentalphysik I
(Mechanik, Gase und Flüssigkeiten)

Dozent: Prof. Dr. Marc Schumann
Zeit: 4 + 2 st., Mo, Mi 10-12
Ort: Gr. HS
8 ECTS
Beginn:
ILIAS

Programm:

  • Kinematik des Massenpunktes und Newtonsche Mechanik:
    Gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung, Newtonsche Gesetze, Inertialsysteme, Galilei Transformation, kinetische und potentielle Energie, Impuls
  • Mechanik starrer und deformierbarer Körper:
    Schwerpunkt, Trägheitsmomente, Steinerscher Satz, Haft-/Gleitreibung
  • Schwingungen und Wellen:
    Erzwungene und gedämpfte Schwingung, Resonanz, gekoppelte Oszillatoren, Ausbreitung von Wellen, stehende Wellen, Akustik
  • Gase und Flüssigkeiten:
    Kinetische Gastheorie, Geschwindigkeitsverteilung, Druck, Hydrostatik, Strömungen, Kontinuitätsgleichung
  • Wärmelehre und Thermodynamik:
    Wärmekapazität, Wärmetransport, innere Energie, Erster Hauptsatz der Thermodynamik, ideales Gas, adiabatische Zustandsänderung, Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik, Entropie, Carnot Prozess, Aggregatzustände

 

Vorkenntnisse:

Schulphysik und -mathematik, Inhalte des Vorkurs Mathematik (Skript online)
 

Einführende Literatur:

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

Experimentalphysik III
(Spezielle Relativitätstheorie, Optik und Quantenphysik)

Dozent: Prof. Dr. Tobias Schaetz
Zeit: 4 + 2 st., Di, Mi 8-10
Ort: Gr. HS
7 ECTS
Beginn:
ILIAS

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. Karl Jakobs
Zeit: 4 st., Di, Mi 8-10
Ort: Do HS I
7 ECTS
Beginn:
ILIAS

Programm:

  • Grundlagen von Streu- und Zerfallsprozessen
  • Eigenschaften stabiler Atomkerne
  • Zerfälle instabiler Kerne
  • Streuprobleme
  • Kernmodelle
  • Einführung zu Elementarteilchen
  • Symmetrien und Wechselwirkungen
  • Das Quarkmodell
  • Elektromagnetische Wechselwirkung
  • Quantenchromodynamik
  • Elektroschwache Wechselwirkung
  • Neuste Ergebnisse vom LHC

 

Vorkenntnisse:

Physik I-IV, Quantenmechanik


Literatur:

  • T. Mayer-Kuckuck, Kernphysik, Teubner Verlag;
  • J. Bleck-Neuhaus, Elementare Teilchen, Springer Verlag;
  • Povh, Rith, Scholz, Zetsche, Teilchen und Kerne, Springer Verlag;
  • D. Griffiths, Einführung in die Elementarteilchenphysik, Akademie Verlag.

 


Theoretische Physik II
(Elektrodynamik)

Dozent: Prof. Dr. Michael Thoss
Zeit: 4 + 2 st., Mo, Do 10-12
Ort: HS I
7 ECTS
Beginn:
ILIAS


Programm: 

  • Elektrostatik
  • Magnetostatik
  • Elektromagnetische Wellen, Optik
  • Elektrodynamik und Relativitätstheorie

 

Vorkenntnisse:

Analysis für Physiker, Lineare Algebra, Theoretische Physik I
 

Literatur:

  • R. Jelitto, Elektrodynamik, Aula Verlag, Wiesbaden
  • D.J. Griffiths, Elektrodynamik: Eine Einführung, Pearson
  • T. Fließbach, Elektrodynamik, Spektrum
  • J. D. Jackson, Klassische Elektrodynamik, de Gruyter
     

Theoretische Physik IV
(Statistische Physik)

Dozent: Prof. Dr. Gerhard Stock
Zeit: 4 + 2 st., Di 10-12, Do 8-10
Ort: HS I
8 ECTS
Beginn:
ILIAS


Programm: 

  • Grundlagen der theoretischen Thermodynamik. Postulate und Hauptsaetze der Thermodynamik, thermodynamische Potenziale, Legendre-Transformationen; thermische und kalorische Zustandsgleichung, Maxwell-Relationen, einfache Beziehungen zwischen Materialgrößen; speziell die Zustandsgrößen und Beziehungen beim freien Gas. Zyklische Prozesse, Wirkungsgrad.
  • mikroskopische Beschreibung von thermodynamischen Gleichgewichtszuständen (Gesamtheiten).
  • Freie Quantengase: Bose-Gas, Fermi-Gas bei tiefen Temperaturen, Photonen (Planck'sche Strahlungsformel), Phononen, thermodynamische Freiheitsgrade.
  • Einführung in die Theorie der Phasenübergänge, Landau-Theorie des Phasenübergangs, kritische Exponenten.

 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I-III, Analysis und Lineare Algebra
 

Anforderungen:

Für die Studienleistung zur Übung sind 50% der Übungspunkte erforderlich.
Die Prüfungsleistung besteht aus der Abschlussklausur.
 

Einführende Literatur:

  • W. Greiner, L. Neise, H. Stöcker. Thermodynamik und Statistische Mechanik
  • W. Nolting, Theoretische Physik 6: Statistische Physik
     

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

Dozent: Prof. Dr. Markus Schumacher
Zeit: 4 + 2 st., Mo, Mi 14-16 (Mi 14-tgl.)
Ort: SR GMH
7 ECTS (BOK 8 ECTS)
Beginn:
ILIAS

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

 


Einführung in die Astrophysik

Dozent:Dr. Rolf Schlichenmaier
Zeit: 3 st., Mi 10-13
Ort: SR II/III
Übungen: 2 st. n.V.
Beginn:
Lecture-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 

 


Quantencomputer

Dozent: PD. Dr. Thomas Wellens (Fraunhofer IAF)
Zeit: 2 st., Fr 10-12
Ort: HS II
Übung; 2 st.
6 ECTS
Beginn:
ILIAS

Programm:

Quantencomputer haben das Potential, bestimmte Rechenaufgaben effizienter als klassische Computer zu lösen. Die Vorlesung vermittelt einen Einblick in die auf quantenmechanischen Gesetzen basierende, grundlegende Funktionsweise eines Quantencomputers und erklärt für mögliche Anwendungen geeignete Quantenalgorithmen (z.B. zur Lösung komplexer Optimierungsprobleme in der Quantenchemie, Logistik oder Finanzmathematik).

  • Wiederholung der quantenmechanischen Grundlagen: Quantenzustände und Operatoren, Qubits, Verschränkung, Messprozess, Dekohärenz
  • Funktionsweise eines gatterbasierten Quantencomputers: Quantenschaltkreise, Quantengatter, Universalität von 1- und 2-Qubit-Gattern, Simulierbarkeit durch klassische Computer
  • Quantenalgorithmen: Grover-Suchalgorithmus, Shor-Algorithmus zur Faktorisierung großer Zahlen, Variational Quantum Eigensolver, Quantum Approximate Optimization Algorithm
  • Physikalische Realisierungen: Supraleiter, Ionenfallen, Halbleiter-basierte Spin-Qubits

 

Vorkenntnisse:

Lineare Algebra (Quantenmechanik empfehlenswert)
 

Literatur:

  • Nielsen, M., Chuang, I. (2010): Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press
  • Hidary, J. (2019): Quantum Computing: An Applied Approach, Springer
  • https://qiskit.org/textbook

 


Seminar Physik: Physik in der Küche

Dozenten: PD Dr. Andreas Härtel, Prof. Dr. Tanja Schilling
Zeit:
Ort:
4 ECTS

 

Themen (vorläufig):

1. ...

 


Seminar Physik: tba

Dozenten: NN
Zeit:
Ort:
4 ECTS
ILIAS

 


Seminar Physik: tba

Dozenten: NN
Zeit:
Ort:
4 ECTS
ILIAS

 


Fachdidaktik I: Einführung in die Fachdidaktik für Studierende des Gymnasiallehramts

Dozent: Prof. Dr. Martin Schwichow (Pädagogische Hochschule)
Zeit: 2 st., Di 14:00-15:30
Ort: PH KG 3, Raum 111
Beginn:
Link-LSF
 

Die Vorlesung richtet sich an Studierende im Polyvalenten 2-HF Bachelor und Lehramt GymPO.

Für die Teilnahme an der Lehrveranstaltung ist es unbedingt erforderlich, dass Sie 1) einen PH-Account beantragen und 2) bis zum Beginn des Semesters dem ILIAS-Kurs „Einführung in die Physikdidaktik (FD I, Phy 470)“ für die Veranstaltung beitreten. Um dem Kurs beizutreten, müssen Sie sich mit Ihrem PH-Account in das PH-ILIAS einloggen und dort die Aufnahme beantragen. Falls Sie noch keinen PH-Account besitzen, müssen Sie diesen über HISinOne beantragen. Eine Anleitung hierzu finden Sie unter folgendem Link: https://www.face-freiburg.de/studium-lehre/im-studium/uni-lv-finden/. Bitte beantragen Sie den PH-Account zeitnah, da das Verfahren einige Tage dauern kann und der Account für die erfolgreiche Teilnahme an der Veranstaltung unabdingbar ist.

Bei Fragen zur Veranstaltung wenden Sie sich bitte an Herrn Schwichow martin.schwichow@ph-freiburg.de.

 


Kontextorientierung und Physik im Alltag

Dozent: Prof. Dr. Martin Schwichow & Dozenten des Physikalischen Instituts
Zeit: 2 st., Do 14:15-15:45
Ort: SR GMH
Beginn:

Dieses Seminar richtet sich an Studierende im M.Ed.

 


Fachdidaktik der Physik der Kursstufe

Dozent: Dr. Jens Wilbers (Pädagogische Hochschule)
Zeit: 2 st., Mo 12:00-13:30
Ort: PH KG 3-111
Beginn:
Link-LSF

Dieses Seminar richtet sich an Studierende im M.Ed.

Für die Teilnahme an der Lehrveranstaltung ist es unbedingt erforderlich, dass Sie 1) einen PH-Account beantragen und 2) bis zum Beginn des Semesters dem ILIAS-Kurs „PHY 630 Didaktik der Modernen Physik/Didaktik der Kursstufe“ für die Veranstaltung beitreten. Um dem Kurs beizutreten, müssen Sie sich mit Ihrem PH-Account in das PH-ILIAS einloggen und dort die Aufnahme beantragen. Falls Sie noch keinen PH-Account besitzen, müssen Sie diesen über HISinOne beantragen. Eine Anleitung hierzu finden Sie unter folgendem Link: https://www.face-freiburg.de/studium-lehre/im-studium/uni-lv-finden/. Bitte beantragen Sie den PH-Account zeitnah, da das Verfahren einige Tage dauern kann und der Account für die erfolgreiche Teilnahme an der Veranstaltung unabdingbar ist.

Bei Fragen zur Veranstaltung wenden Sie sich bitte an Herrn Dr. Wilbers jens.wilbers@ph-freiburg.de .

 


Advanced Quantum Mechanics

Lecturer: apl Prof. Heinz-Peter Breuer
Time: 4 + 3 st., Mi, Fr 10-12
Room: HS I
10 ECTS
Start:
ILIAS


Program:

  • Recapitulation of basic quantum mechanical principles
  • Approximation methods
  • Theory of angular momentum
  • Many-particle systems
  • Dynamics of quantum systems
  • Relativistic quantum mechanics


Prerequisites

Theoretical Physics I-IV


Literature:

  • J.J. Sakurai, Modern Quantum Mechanics
  • F. Schwabl, Quantum Mechanics
  • W. Greiner, Quantum Mechanics: An Introduction
  • C. Cohen-Tannoudji, Quantum Mechanics 1+2
  • D. J. Tannor, Introduction to Quantum Mechanics

 


Introduction to General Relativity

Lecturer: Prof. Dr. Stefan Dittmaier, PD Dr. Maximilian Stahlhofen
Time: 4 + 2 st.,
Room:
9 ECTS
Start:
Tutorials:
Link:
 

Program:

  • Equivalence principles: Minkowski space, Poincare group, space-time diagrams, world lines, proper time and distance, application to simple phenomena (elevator thought experiments, twin paradox, relativistic Doppler effect, accelerated systems), Lorentz transformations and general coordinate transformations.
  • Differential geometry: manifolds and tangent spaces, forms, metric tensor, integration, Stoke’s theorem, outer derivative, Lie derivative, covariant derivative and Christoffel symbols, parallel transport, geodesics, curvature (Riemann tensor, Weyl tensor, Ricci tensor and scalar), torsion, Killing vectors, Riemann coordinates.
  • Dynamics of the gravitational field: Einstein equations, cosmological constant, energy-momentum tensor of matter systems (perfect fluids, point particles, Klein-Gordon and Maxwell theory).
  • Effects based on post-Newtonian approximations: red/blue shift effects, rotation of the perihel, effect of gravitation on clocks, deflection of light.
  • Gravitational waves: perturbative expansion of field equations, gauge invariance, origin and detection of gravitational waves.
  • Classical space times: Minkowski, Rindler, Schwarzschild, Kerr, Reissner-Nordstrøm, Kerr-Newman geometries; Robertson-Walker metrics, Friedmann universes and deSitter space. Discussion of causal structure, geodesic completeness, key coordinate systems and Carter-Penrose diagrams.
  • Optional: Einstein-Hilbert action and variational principle.
  • Optional: Modern topics in cosmology: CMB, the Inflation Model.

 

Prerequisits:

Electrodynamics, special relativity, Lagrangian mechanics


Literature:


 


Classical Complex Systems

Lecturer: PD Dr. Steffen Wolf
Time: 4 + 2 st., Mo 10-12, Mi 12-14
Room: SR I
9 ECTS
Start:
Tutorials: n.V.
ILIAS
 

Programme:

Complex systems are composed of many interacting or reacting elements with stochastic components and are found essentially everywhere, ranging, for example, from dense liquids in condensed matter physics to molecular reactions in chemistry and biology, up to macroscopic predator-prey populations, pandemic spreading and markets in economics. This lecture introduces selected statistical tools and numerical approaches to study and describe the physics of the complex phenomena in classical (non-quantum) many-body systems, with a particular focus on the mesoscale modeling of macromolecular liquids, their structure-property relations, diffusive processes and kinetics, and applications to molecular reactions and nonlinear systems. After an introduction to the statistical mechanics of interacting systems and stochastic processes, generally applicable statistical theories such as Langevin and Master equation approaches as well as basic computational strategies such as Monte-Carlo (MC) and Brownian Dynamics (BD) simulations will be discussed. The lessons are accompanied by analytical as well as numerical exercises. The latter provide a hands- on implementation of the stochastic (MC and particle-based reaction-diffusion) simulation methods, with applications to structure and dynamics of interacting systems as well as (molecular) reaction kinetics.
 

Prerequisits:

Basic knowledge in programming (C, C++, Python) as well as statistical mechanics
 

Literature:

  • Lecture notes (on ILIAS)
  • K. A. Dill and S. Bromberg, Molecular Driving Forces
  • R. Zwanzig: Nonequilibrium Statistical Mechanics
  • N.G. van Kampen: Stochastic processes in Physics and Chemistry
  • M. P. Allen and D. J. Tildesley. Computer Simulation of Liquids. 3Rd edition (2017)
  • Smit & Frenkel, Understanding Molecular Simulations
  • J.P. Hansen, I.R. McDonald "Theory of Simple Liquids" (digital access is available through the library)

 


Theoretical Quantum Optics

Lecturer: Dr. Gabriel Dufour, Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Time: 4 + 2 st., Mi, Do 14-16
Room: HS II
9 ECTS
Start:
Tutorials: n.V.
ILIAS


Program:

  1. Introduction
  2. Quantum mechanics
    Hilbert space, operators, states, Schrödinger-, Heisenberg- and interaction picture
  3. Quantized electromagnetic field
    classical field, quantisation, coherent states, squeezed states, phase space representation, field correlations, photon counting statistics
  4. Light-matter interaction: general overview
    emission, absorption, scattering, multi-photon processes, radiation corrections, interaction induced by photon exchange 
  5. Coherent interaction of a two-level atom with a single field mode
    Bloch representation, Jaynes-Cummings model, Rabi oscillations, dressed states
  6. Incoherent interaction of a two-level atom with the electromagnetic continuum
    master equation, spontaneuous emission, optical Bloch equations, quantum regression theorem, resonance fluorescence

 

Prerequisits:

Theoretical Physics I - 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
  • R. J. Glauber, Quantum theory of optical coherence

 


Particle Detectors

Lecturer: Dr. Sebastian Lindemann
Time: 4 + 2 st., Do 10-12, Fr 12-14
Room: SR GMH
9 ECTS
Start:
ILIAS

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:

  • H. Kolanoski und N. Wermes, Teilchendetektoren, Springer Verlag
  • 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

Lecturer: Dr. Sebastian Hartweg, Prof. Dr. Frank Stienkemeier
Time: 4 st., Di, Do 10-12
Room: SR GMH
9 ECTS
Start:
ILIAS

Program:

(0)  Atomic energy levels

  • one-electron atoms, two-electron atoms, many-electron atoms
  • fine structure, hyperfine structure
  • Zeeman effect, Stark effect
     

(1)  Molecular energy levels

  • electronic, vibrational and rotational states of diatomic and polyatomic molecules
  • molecular Rydberg states
     

(2)  Molecular spectroscopy

  • time-resolved vs frequency-resolved spectroscopy
  • molecular transitions and selection rules
  • measurable quantities in spectroscopy
  • applications of group theory to molecular spectroscopy
     

(3)  Atomic and molecular interactions and collisions

  • interatomic and intermolecular interactions
  • basic concepts of collision theory
  • probing molecular structure in collision experiments
     

(4)  Modern techniques in atomic and molecular physics

  • ultracold atoms: laser cooling, Bose Einstein condensation
  • optical lattices and atomic clocks
  • cold molecules
  • trapping of atoms, molecules and ions

 

Prerequisits:

Experimental Physics I-IV
 

Literature:

  • W. Demtröder, Atoms, Molecules and Photons
  • P. Atkins, Molecular Quantum Mechanics
  • I. V. Hertel and C.-P. Schulz, Atoms, Molecules and Optical Physics Vol. 1+2

 


Advanced Particle Physics

Lecturer: Prof. Dr. Marco Gersabeck
Time: 4 + 2 st., Mo, Di 10-12
Room: SR GMH
9 ECTS
Start:
ILIAS

Program:

  • Introduction
    (recapitulation of notation, relativistic kinematics, natural units, particle content of Standard Model, forces, Feynman diagrams, conservation laws)
  • The electromagnetic interaction: Quantum electrodynamics (QED)
    (QED as first local gauge theory, gauge principle, Lagrangian formulation, renormalisation, running coupling, experimental tests)
  • The strong interaction: Quantum Chromodynamics (QCD)
    (QCD as non abelian gauge theory, phenomenology, experimental tests)
  • From the weak interaction to the electroweak Standard Model
    (parity violation, CP violation, electroweak „unification“, phenomenology, experimental tests)
  • The Brout-Englert-Higgs mechanism in the Standard Model
    (theory, phenomenology and experimental tests)
  • Neutrino physics
    (masses, oscillations, Dirac vs. Majorana nature , theory and experimental status)
  • Limitations of the Standard Model


Building on the knowledge acquired in the course Experimental Physics V (Kerne und Teilchen), the Standard Model of particle physics is discussed in detail. The fundamental concepts, the phenomenological consequences, and experimental tests are presented. Students will also learn how to evaluate simple Feynman diagrams. Limitations of the Standard Model, which motivate the search for extensions will be discussed at the end. The lectures are complemented by exercises, including computer simulations, with the aim to provide a solid foundation in experimental particle physics.
 

Prerequisits:  Experimentalphysik V, Kern- und Teilchenphysik

Literature:

  • F.Halzen und A.D.Martin, Quarks & Leptons, Wiley-Verlag.
  • P. Schmüser, Feynman-Graphen und Eichtheorien für Experimentalphysiker, Springer-Verlag.
  • D. Griffiths, Introduction to Elementary Particles, Wiley-VCH-Verlag.
  • M. Thomson, Modern Particle Physics, Cambridge University Press.

 

 


Quantum Field Theory II

Lecturer: Prof. Dr. Heidi Rzehak
Time: 4 + 2 st., Di, Do 10-12
Room: 
9 ECTS
Start:
ILIAS


Program:

  • Path Integral, perturbation theory, Feynman diagrams
  • Gauge theories and their quantisation, BRST symmetry
  • Gauge theory of strong interaction, quantum corrections and renormalisation
  • Jet production in lepton collisions
  • Deep inelastic scattering
  • Parton Model for hadron collisions, parton distribution functions, DGLAP evolution
  • Quantum effects in Drell-Yan process

 

Prerequisits:

QFT I, Electrodynamics and Special Relativity
 

Literature:

 


Condensed Matter I: Solid State Physics

Lecturer: Prof. Dr. O. Waldmann
Time: 4 + 2 st., Mo 12-14, Mi 14-16
Room: HS II
9 ECTS
Start:
Tutorials: n.V.
ILIAS

Program:

  • Atomic structure of matter
  • lattice dynamics, phonons
  • electronic structure of materials
  • optical properties
  • magnetism/superconductivity

 

Prerequisits:  Experimentalphysik I-III

Literature:

  • tba

 

 


Physics of Medical Imaging Methods

Lecturer: Prof. Dr. Michael Bock
Time: 2 + 1 st., Do 12-14
Room: Room "Big Green", Uniklinik, Killianstr. 5a
5 ECTS
Start:
Tutorials: n.V.
ILIAS

Program:

Medical imaging is becoming increasingly important in the detection of disease, in the management of the patients, and in the monitoring of a therapy. In this lecture the physical basics of different medical imaging technologies will be presented, and different clinical application scenarios will be discussed. The following topics will be addressed:

  • overview over the physics of medical imaging
  • Magnetic Resonance Imaging (MRI)
    • magnetisation, Bloch equations, relaxation times T1 and T2
    • spin gymnastics and image contrast
    • magnets, gradients and radio-frequency coils
    • quantitative MRI
    • functional MRI, flow, diffusion, perfusion measurements
  • Nuclear Medicine
    • principles of radio-tracer detection
    • scintigraphy
    • single photon emission computed tomography (SPECT)
    • positron emission tomography (PET)
  • ultrasound (US)
    • sound generation and propagation in tissue
    • US imaging
    • Doppler US
    • therapeutic applications of US (Lithotrypsy)
  • X-ray Imaging
    • properties and generation of X-rays
    • fluoroscopy
    • computed tomography
    • image reconstruction from projections
  • role of medical imaging in
    • the detection of disease
    • in patient management
    • therapy monitoring

 

Literature:

  • Oppelt A: Imaging Systems for Medical Diagnostics
  • Dössel O: Bildgebende Verfahren in der Medizin: Von der Technik zur medizinischen Anwendung

  


Experimental Astrophysics I: Remote Sensing Techniques

Lecturers: Dr. Juan Manuel Borrero (KIS), Dr. Ivan Milic (KIS)
Time: 2 + 1 st., Do 12-14
Room: HS II
5 ECTS
Start:
Tutorials:
Syllabus (PDF), Lecture Link
 

Program:

Due to the fact that we cannot directly measure the physical properties of astrophysical bodies, all our quantitative knowledge about the Universe is based on the interpretation of the observed light emitted by these objects (i.e. remote sensing). In this course, we will focus on:

  • the generation and propagation of light in the Solar and stellar atmospheres;
  • observations of solar and stellar spectra and their polarization;
  • methods for inferring the physical characteristics of the object (temperature, chemical composition, magnetic field, etc.) from the light we are receiving.


To this end, we will combine concepts from electromagnetism, optics, quantum mechanics, and probabilistic inference. Besides the astrophysical applications, the course will equip the students with tools they can use in their careers, both in science and in other areas related to STEM. The lectures will be reinforced with hands-on exercises in python with a brief critical introduction to python programming.

The following topics will be addressed in lectures:

  1. Introduction to telescopes and spectral discriminators: spectrographs and filtergraphs
  2. Basics of spectra formation: absorption, emission, and scattering in spectral lines and the continuum
  3. Zeeman effect and polarization due to the magnetic field.
  4. Polarimetry: anisotropy as sources of polarization, polarimetric modulation and demodulation.
  5. Basics of spectral line formation: absorption, emission, and scattering. Zeeman effect and polarization due to the magnetic field.
  6. Parameter inference: Model fitting, probabilistic inference, uncertainty estimation


Practical exercises will include problem solving, use of scientific software, participation in remote observing with Europe’s largest solar telescope GREGOR (Tenerife, Spain) or in-person observations at the Schauinsland observatory, as well as analysis of data from the Hinode satellite.
 

Minimum requirements: 2 years of undergraduate physics with electromagnetism. Course is open to bachelor and master students.

Recommended requirements: introductory quantum/atomic physics, mathematical methods for physicists (Fourier transforms, linear algebra, matrix diagonalization, eigenvalues), and introductory programming (python).
 

Literature:

  • Introduction to spectropolarimetry. Del Toro Iniesta. Cambridge Univ. Press. 2003
  • The Sun: an introduction. M. Stix, SpringerLink, 2003
  • Inverse problems in Astronomy, I.J.D. Craig & J.C. Brown, CRC Press, 1986
  • Numerical Recipes, the Art of Scientific Programming, 3rd edition, C. Press et al., Cambridge University Press, 2007
  • Observation and analysis of stellar photospheres, 4th edition. D. F. Gray. Cambridge Univ. Press. 2021.

 


Theory and Modeling of Materials: Superconductivity I (Phenomenology)

Lecturer: apl Prof. Dr. Christian Elsässer
Time: 2 + 1 st., Fr 8-10
Room: SR I
5 ECTS
Start:
Tutorials: n.V.

ECTS points: 3 (three) for attendance of lectures only; 3+2 (five) for attendance of lectures, participation in exercises, and final oral exam.
 

Program:

In Superconductivity 1 (WS 2024/25), the phenomenology of superconductivity is 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.

 

In Superconductivity 2 (SS 2025), microscopic theories of superconductivity will be addressed.

  • 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.

 

Literature:

  • M. Tinkham, Introduction to Superconductivity
  • W. Buckel, R. Kleiner, Superconductivity: Fundamentals and Applications

 


Strong-field physics and attosecond spectroscopy

Dozent: Dr. Ioannis Makos, Prof. Dr. Giuseppe Sansone
Time: 4 st, Mo 10-12, Di 12-14
Room: SR GMH
9 ECTS
Start:
Tutorials: 2 st


Programme:

Interaction of atoms and molecules with intense laser fields (20 hour):

  • Introduction and Keldysh parameter (2 hours)
  • Processes occurring in intense laser fields (4 hours)
  • Theoretical description of strong-field physics with low-frequency fields (8 hours)
  • Theoretical description of strong-field physics with high-frequency fields (6 hours)

     

Generation and application of extreme ultraviolet radiation and X-ray pulses (14 hours):

  • Properties of XUV radiation generated by HHG (6 hours)
  • XUV pulses generated by Free Electron Lasers (6 hours)
  • Transport, focusing and characterization of XUV radiation (2 hours)

     

Generation and characterization of few-cycle laser pulses (14 hours):

  • Hollow-fiber compressor (2 hours)
  • Optical parametric amplification (4 hours)
  • Temporal characterization (4 hours)
  • Carrier-envelope phase of ultrashort pulses (4 hours)

     

Attosecond spectroscopy (12 hours):

  • Time-resolved photoelectron spectroscopy (4 hours)
  • Photoion spectroscopy (2 hours)
  • Coincidence spectroscopy (2 hours)
  • Transient absorption spectroscopy (2 hours)
  • High-harmonic spectroscopy (2 hours)
     

Total: 60 hours

 


Biophysik: Grundlagen und Konzepte

Dozent: Prof. Dr. Alexander Rohrbach
Zeit: 3 + 2 st., Di 14-16:30
Ort: IMTEK Geb. 102, SR 01-012
7 ECTS
Start:
Tutorials: Di 16-18, IMTEK Geb. 102, SR 01-012
ILIAS


Programm:

Biophysik ist wahrscheinlich der Zweig der Physik, der das größte Zukunftspotenzial in den nächsten 50 Jahren birgt. Wie das? Biophysik beschreibt das Verhalten lebender Materie, welcher in ihrer Komplexität durch nichts in dieser Welt übertroffen ist. Allein das Verhalten einer einzelnen lebenden Zelle in den nächsten Jahrzehnten zu verstehen, erfordert weltweit und zunehmend Physiker und Ingenieure, die mit einer Vielzahl an modernsten Untersuchungs­methoden primär im Bereich der Optik (bis hinunter zu Einzelphoton-Analysen) und Nanotechnologie arbeiten und diese mit gewaltigen mathematisch-theoretischen Konzepten und aufwändigen Computersimulationen kombinieren. Biologische Prozesse und Messungen sind stets im Bereich von Unschärfen und Energiefluktuationen, welche nur mit physikalischen Konzepten analysiert und interpretiert werden können. Das geht natürlich nicht ohne die brillanten Vorarbeiten von Biologen und Bio-(Chemikern).

Die Vorlesung stellt Grundlagen und moderne Konzepte der Biophysik und der Physik der weichen Materie dar. Zahlreiches Anschauungsmaterial wird mit mathematischen Konzepten der statistischen Mechanik vorgestellt - im Ortsraum wie im Frequenzraum. Makroskopische, Ingenieur­wissenschaftliche Konzepte werden hinuntertransformiert auf die molekulare Ebene.

Die Vorlesung (3 ECTS) richtet sich an Physiker und Ingenieure im Masterstudium. Der Vorlesungsstoff wird mit wöchentlichen Übungen (zusätzlich 3-4 ECTS) veranschaulicht und gefestigt.


Inhaltsverzeichnis:

  1. Aufbau der Zelle oder Das Rezept für biophysikalische Forschung
    • Eine Einführung
    • Die Bausteine des Lebens
    • Modellerstellung in der Biologie durch Schematisierung
    • Bewegung in einer überdämpften Welt
    • Kurztrip durch die Zellbiologie
  2. Diffusion und Fluktuationen
    • Brownsche Bewegung
    • Diffusion im externen Potential
  3. Mess- und Manipulationstechniken
    • Optische Abbildung und Konfokale Mikroskopie
    • Fluoreszenzmikroskopie
    • Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)
    • Particle Tracking
    • Optische Pinzetten
    • Rasterkraftmikroskopie
    • Röntgenbeugung und NMR-Spektroskopie
  4. Biologisch relevante Kräfte
    • Einführung und Übersicht
    • Van der Waals Kräfte
    • Elektrostatische Wechselwirkung
    • Entropische Wechselwirkungen
  5. Biophysik der Proteine
    • Einleitung und Motivation
    • Die Struktur der Proteine
    • Proteinfaltung
  6. Polymerphysik einzelner Filamente
    • Einleitung und Motivation
    • Die Balkentheorie
    • Polymere als biegsame Federn
  7. Visko-Elastizität und Mikro-Rheologie
    • Motivation und Hintergrund
    • Elastizität und Viskosität
    • Retardierte Partikelbewegung und Antwortfunktion
    • Mikro-Rheologie
  8. Die Dynamik des Zytoskeletts
    • Einleitung und Motivation
    • Struktur der Zytoskelett-Filamente
    • Mathematische Modelle der Zytoskelett-Polymerisation
    • Kraftentfaltung durch Polymerisation
  9. Molekulare Motoren
    • Rotations- und Translationsmotoren
    • Struktur der Translations-Motoren
    • Motorgeschwindigkeiten und Schrittweiten
    • Myosin-Motoren in einem zellulären Teilsystem
    • Motorenorganisation mit dem Zytoskelett
  10. Membran-Biophysik
    • Aufbau und Struktur der Membrane
    • Elastische Eigenschaften der Membrane
  11. Anhang
    • Anhang: Wichtige Zellorganellen
    • Anhang: Ausgewählte Probleme

 

Einführende Literatur:

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

 


Physics of Microscopy and Image Formation

Lecturer: Prof. Dr. Alexander Rohrbach
Time: 3 + 2 st., Mi 10-13
Room: SR I
7 ECTS
Start:
ILIAS

Program:

  1. Microscopy: History, Presence and Future
    • History
    • Present and Future Tasks
    • Literature
  2. Wave- and Fourier-Optics
    • What is Light?
    • The change of Light in Matter
    • Helmholtz equation and plane waves
    • Wave functions in space and frequency domain
    • Superposition of waves: Interference and Coherence
    • Fourier-Optics
    • Wave propagation and diffraction
  3. Three-dimensional optical imaging and information transfer
    • Imaging through lenses
    • Optical image formation – a spatial low-pass filtering
    • Optical resolution and optical transfer function
    • Coherent and incoherent imaging
    • Vectorial light focusing
    • Aberrations of the Point-Spread Function
  4. Contrast enhancement by Fourier-filtering
    • Image formation with phase objects
    • Phase contrast according to Zernike
    • Dark field microscopy and amplitude spatial filters
    • Generating contrast by polarization
    • Holographic microscopy
  5. Fluorescence - Basics and Techniques
    • Definitions and principles of light scattering
    • Fluorescence excitation und emission
    • Decay rates and fluorescence lifetime
    • Fluorescence Polarisation and Anisotropy
  6. Point scanning and confocal microscopy
    • Image formation with point- and area-detectors
    • Confocal microscopy
    • 4pi Microscopy
  7. Microscopy in thick media
    • Photon diffusion in strongly scattering media
    • Light Sheet Microscopy
    • Microscopy with holographic scan beams
    • Lattice light-sheet microscopy
  8. Nearfield and Evanescent Field Microscopy
    • The spectrum of near fields and far fields
    • Nearfield Scanning Optical Microscopy (NSOM)
    • Evanescent illumination and TIR- Microscopy
  9. Super-resolution by structured illumination
    • Modulated illumination to increase resolution
    • Structured illumination for axial sectioning
  10. Multi-Photon-Microscopy
    • Basics of nonlinear optics
    • Two-photon fluorescence microscopy
    • Second Harmonic Generation-Microscopy
    • CARS microscopy
  11. Super-resolution imaging by switching single molecules
    • Position tracking
    • STED-Microscopy
    • PALM and STORM
    • Super-resolution optical fluctuation imaging (SOFI)
  12. Appendix
    • Signal and Noise
    • Survey about super resolution microscopy

 

About the lecture:
A microscope is not only one of the oldest measurement devices in physics, but modern microscopy systems also include a large spectrum of quantum effects, of single photon and single wave effects, and long-range correlation effects. This lecture re-introduces the necessary Fourier mathematical foundations and discusses physical principles and techniques used in modern photonic imaging.

The student can either visit a (2+1) Module (lecture+tutorial) obtaining 5 ECTS points or a (3+2) lecture obtaining 7 ECTS points.
 

Goals:
The student should learn how to guide waves an photons 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 realize that wave diffraction is not reducing the information, but also 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:

 


Environmental Physics

Dozent: Prof. Dr. Frank Stienkemeier
Time: 3 st., Mo, Mi 10-12
Room: HS II
7 ECTS
Start:
Tutorials: 2 st.,
ILIAS

Summary:

The lecture Environmental Physics will discuss the physics related to environmental aspects on the following topics:

1. Basic principles of the interaction of radiation and matter

2. Climate and climate change

  • The components of the atmosphere
  • The carbon budget
  • The water budget
  • Vertical structure of the atmosphere
  • Earth in space
  • Planetary equilibrium temperatures
  • Radiative transport in the atmosphere
  • Greenhouse gases
  • Radiative forcing
  • Refined climate modeling
     

3. Energy for human use

  • Heat engines
  • Pollution from heat engines
  • Heat conduction
  • Electricity as energy carrier
  • Storage of energy
  • Transfer of electrical energy
     

4. Renewable energies

  • Nuclear power
  • Fusion Energy
  • Electricity from the sun
  • Concentrating Solar Power
  • Photovoltaics
  • Energy from wind

 


Complex Networks

Lecturer: Dr. Mirko Schäfer (INATECH)
Time: 2 + 2 st., Mi, Do 10-12
Room: Technische Fakultät (IMTEK), R 03 026 (G.-Köhler-Allee 051)
6 ECTS
Start:
HISinOne

 

Program:

  • The language of graph theory
  • Random graphs, small world and scale-free networks
  • Centrality measures
  • Economic and financial networks
  • Network components and the configuration model
  • Transport, contagion and diffusion processes on networks
  • Network aspects of the electricity system (power flows, representation of the transmission grid in electricity markets, flow tracing and emission accounting,...)

 

Literature:

  • A.L. Barabási, Network Science, available at networksciencebook.com
  • M. Newman, Networks: An Introduction, Second Edition, Oxford University Press, 2018
  • Further literature will be announced in class

 


Biophysics of cardiac function and signals

Lecturer: Dr. Viviane Timmermann, Prof. Dr. Jens Timmer
Time: 2 + 2 st., Fr 14-16
Room: Technische Fakultät (IMTEK), SR 03-026, Geb. 051
6 ECTS
Start:
Tutorials: 2 st. n.V., Mi 16-18
ILIAS

 

Program:

The basic concept of this lecture is to examine a biological system, analyse it and define mathematical equations in order to describe the system. In this lecture, the heart is used as this system. The students learn the electrical and mechanical function of the heart and its modelling. Additionally, the bioelec-trical signals that are generated in the human body are described and how these signals can be measured, interpreted and processed. The content is explained both on the biological level and based mathematical modelling.

  • Cell membrane and ion channels
  • Cellular electrophysiology
  • Conduction of action potentials
  • Cardiac contraction and electromechanical interactions
  • Optogenetics in cardiac cells
  • Numerical field calculation in the human body
  • Measurement of bioelectrical signals
  • Electrocardiography
  • Imaging of bioelectrical sources
  • Biosignal processing

 

Prerequisits: 

Basic interest in biology and computational modelling. Knowledge in Matlab or Python are beneficial

Literature:

  • lecture slides

 


Grundlagen der Halbleiterphysik / Fundamentals of Semiconductors & Optoelectronics

Dozent: Prof. Dr. Andreas Bett, apl. Prof. Dr. Joachim Wagner, Dr. Stefan Janz (Fraunhofer ISE)
Time: 3 st., Fr 8-10
Room: SR GMH
Tutorials; Fr 10:15-11:30, SR A, FMF, Stefan-Meier-Str. 21
5 ECTS
Start:
ILIAS

Programme:

  • Inorganic crystalline semiconductor materials (such as Si and GaAs)
  • Fabrication of bulk semiconductor crystals and epitaxial layers
  • Electronic band structure, tight-binding vs. nearly free electron approach
  • Effective mass of electrons and holes, n- and p-type doping
  • Density of states, statistics of electrons and holes • Electrical transport by electrons and holes, electric fields and currents
  • Quantization effects in semiconductors, quantum films and superlattices
  • p-n-junction, photodiode, light emitting diode (LED), diode laser

 

Preliminaries/Previous knowledge:

Solid-state physics and theoretical physics at the level of a BSc in Physics
 

Literature:

  • H. Ibach, H. Lüth, „Festkörperphysik" (Springer, 2009)
  • K. Seeger, „Semiconductor Physics“ (Springer, 2004)
  • P. Yu, M. Cardona, „Fundamentals of Semiconductors“ (Springer, 2010)

 


Polymer Theory

Lecturer: PD Dr. Michael Walter
Time: 2 st., Fr 14-16
Room: SR GMH
Tutorials: nach Vereinbarung (1 st.)
5 ECTS
Start:

Program:

Polymer science has a long history at the University of Freiburg, where most prominently Herrmann Staudinger revolutionized the understanding of Polymers as large macro-molecules for which he received the Nobel price in Chemistry 1953. Polymers are present everywhere is our life starting from the DNA in our cells up to the plastic wrapping around nearly everything we purchase.

The goal for understanding of polymeric behavior and properties is an interdisciplinary endeavor that has several aspects interesting for physicists. The course will introduce the basic theoretical concepts for modeling and simulation of polymers and their properties.

Prerequisits:

Theoretical physics and statistical physics on the level of a late BSc in Physics

Literature:

  • G. Strobl, The Physics of Polymers, Springer (2007)
  • M. Rubinstein, R. H. Colby, Polymer Physics, Oxford (2003)
  • P. C. Hiemenz, T. R Lodge, Polymer Chemistry, CRC Press (2007)

 


Photovoltaic Energy Conversion / Photovoltaische Energiekonversion

Lecturer: Dr. Uli Würfel, Prof. Dr. Andreas Bett
Time: 2 st., Di 8-10
Room: SR GMH
Tutorials: nach Vereinbarung (1 st.)
5 ECTS
Start:

Program:

  • Basic structure of solar cells
  • Thermodynamic limit for the conversion of sunlight into electrical energy
  • Semiconductors: density of states, Fermi energy, doping
  • Generation and recombination, quasi Fermi energies
  • Transport of charge carriers
  • The pn-junction
  • Charge carrier selectivity
  • Ideal solar cells
  • Real solar cells: crystalline Si solar cells
  • Thin film solar cells
  • Tandem and multijunction solar cells,
  • Dye, organic and perovskite solar cells

 

Prerequisits:

Knowledge of semiconductor or solid state physics advantageous /Halbleiter- bzw. Festkörperphysik von Vorteil

Literature:

  • P. Würfel, U. Würfel, Physics of Solar Cells, Wiley-VCH, 3rd Edition 2016
  • M.A. Green, Solar Cells, University of New South Wales 1982

 


Term Paper: tba

Lecturer: NN
Time:
6 ECTS
Start:

 

Topics (preliminary):

1. ...
 


Term Paper: tba

Lecturer: NN
Time:
6 ECTS
Start:

 

Topics (preliminary):

1. ...

 


Term Paper: tba

Lecturer: NN
Time:
6 ECTS
Start:

 

Topics (preliminary):

1. ...

 

 

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