Forschungsphase und Masterarbeit in den Masterstudiengängen Physik

Im letzten Jahr des Masterstudiums der Physik haben Sie die einmalige Gelegenheit an spannenden Themen innerhalb des Spezialgebiets des Studiengangs zu forschen. Dabei stehen Ihnen eine Vielzahl von Arbeitsgruppen und Projekten zur Auswahl.

Bild: TUM.PH/Eckert.

Forschungsphase

Aktuelle Info-Veranstaltungen

19.01.2024 | 16:15: Informationen zu Forschungsphase, Masterarbeit und Studienabschluss in den Masterstudiengängen Physik: Informationen zur Forschungsphase in den Physik-Masterstudiengängen (auf Deutsch) Sprecher(in): Dr. Martin Saß , Ort: James-Franck-Str. 1James-Franck-Str. 1
26.01.2024 | 16:15: Informationen zu Forschungsphase, Masterarbeit und Studienabschluss in den Masterstudiengängen Physik: Information about the research phase in the Physics Master's (in English) Sprecher(in): Dr. Martin Saß , Ort: James-Franck-Str. 1James-Franck-Str. 1

Inhalt der Forschungsphase

Zum Umfang der Forschungsphase beträgt 59 Credit Points (CP), entsprechend einem vollen Jahr (12 Monate). Inhalt des ersten halben Jahres sind erstens das Erarbeiten der notwendigen Spezialkenntnisse an der vordersten Front der aktuellen Wissenschaft (Masterseminar) und zweitens der Erwerb der Fertigkeiten der experimentellen bzw. theoretisch-mathematischen Praxis (Masterpraktikum), die Voraussetzung für die Durchführung des Forschungsprojektes im Rahmen der Masterarbeit sind. Jeder dieser beiden Bereiche bildet formal ein Modul, der Umfang beider Module zusammen beträgt 24 CP. Masterseminar und Masterpraktikum sind als Einführungsabschnitt der Forschungsphase zu verstehen. In der zweiten Hälfte der Forschungsphase führen Sie das Forschungsprojekt im Rahmen der Masterarbeit durch, das entsprechende Modul umfasst 30 CP. Abgeschlossen wird die Forschungsphase durch das Masterkolloquium (5 CP), in dem Sie Ihre Masterarbeit verteidigen. Die Module der Forschungsphase gehören inhaltlich zusammen, es ist nicht möglich separat nur eines der Module zu belegen.

In der Master-Arbeit wird selbständige wissenschaftliche Tätigkeit verbunden mit dem Erwerb von zusätzlichen Schlüsselqualifikationen wie zum Beispiel dem Projektmanagement, der Teamarbeit sowie der Darstellung und Präsentation wissenschaftlicher Ergebnisse.

Modul	Anmerkung	CP	PL/SL*
Masterseminar	Fachliche Spezialisierung	10	S
Masterpraktikum	Methodenkenntnis und Projektplanung	14	S
Masterarbeit		30	P
Masterkolloquium		5	P
Summe		59

*: P=Prüfungsleistung, S=Studienleistung

Themenfindung

Um ein Thema zu finden, nehmen Sie selbständig Kontakt zu den Arbeitsgruppen und potentiellen Themensteller(inne)n auf. Die Themensteller(innen) haben die Möglichkeit im Folgenden Themen auszuschreiben (beachten Sie dazu den Link "Zugang für Themensteller(innen)" rechts). Allerdings sind nicht alle möglichen Themen hier ausgeschrieben, eine Nachfrage in den Arbeitsgruppen ist daher ratsam.

Weiterhin ist es sinnvoll, frühzeitig, etwa ein Semester im Voraus, mit der Suche nach einem geeigneten Thema zu beginnen. Bei einem persönlichen Gespräch können Sie schnell erkennen, ob Ihnen ein Thema zusagt, und ob Sie sich in einer Arbeitsgruppe wohlfühlen. Eine unpersönliche Mail mit einer Anfrage führt meist nicht zum gewünschten Ziel.

Suche und Einschränkung des Angebots

Sie können im Angebot an Masterarbeitsthemen am Physik-Department suchen.

Suche nach:

Angebot für Masterarbeiten

Studienrichtung	Thema	Themensteller(in)
KM	A finite temperature quantum algorithm for the Hubbard model	Knap
Arbeitsgruppe Kollektive Quantendynamik Beschreibung The goal of the thesis is to develop an analyze finite temperature algorithms for quantum computers. The field is quickly evolving. Please contact me to discuss a concrete project.
KM	Emergente (nichtlineare) Hydrodynamik in Ultrakalten Quantengasen	Knap
Arbeitsgruppe Kollektive Quantendynamik Beschreibung Isolated quantum matter can thermalize locally because the surrounding system can act as a path. We will study how hydrodynamics can emerge at late times in such systems. The field of quantum dynamics is quickly evolving. Please contact me directly to discuss a concrete project.
KM	Fractonic quantum matter at low temperatures	Knap
Arbeitsgruppe Kollektive Quantendynamik Beschreibung Fractonic quantum matter possesses excitations with constrained mobility. In two dimensions, excitations can for example only move on one dimensional lines. The goal of this thesis is to study either with numerical or field theoretical techniques their ground state and dynamical properties. The field of fractions is quickly evolving. Please contact me directly to discuss a concrete project.
AEP	High efficiency next generation organic solar cells	Müller-Buschbaum
Arbeitsgruppe Funktionelle Materialien Beschreibung Next generation organic solar cells are solar cells beyond the silicon type photovoltaic devices. Organic solar cells have reached efficiencies in the champion solar cells well above 18%. Key element of such solar cells is the highly designed active layer, which transfers light into separated charge carriers. Aim of this experimental project is the preparation and full characterization of an active layer for high performance organic photovoltaic devices to further understand the fundamental correlation between morphology and solar cell performance. In this work a novel efficiency record-setting system will be investigated regarding the influence of an additional third component, in our case, either solvent additive or polymer. The project will involve a literature review, sample preparation, photovoltaic device fabrication and photoluminescent measurements. The focus is the usage of advanced scattering techniques for the determination of structural length scales of the active layer in the solar cell.
KM	Lateral angular momentum transport by phonons	Gross
Arbeitsgruppe Technische Physik Beschreibung In a solid-state system, spin angular momentum is mediated by various (quasi-)particles. Among these excitations are phonons, which can carry angular momentum over mm distances. Most importantly, exchange of spin angular momentum from these crystal lattice vibrations to excitations of the magnetic lattice is possible via magneto-elastic coupling effects. This unlocks novel means for coherent and incoherent spin transport concepts without moving charges. Your thesis will be dedicated in assessing the realization of incoherent angular momentum transfer in nanostructured systems. In your thesis you will work on an all-electrical injection and detection scheme to access incoherent angular momentum transfer. You will use state-of-the-art nanofabrication techniques using electron beam lithography and thin film deposition machines for the realization of magnon-phonon hybrid devices. You will also gain experience in cryogenic magnetotransport techniques. You will develop automated evaluation tools and work on modelling the observed phenomena. Betreuer(innen) Matthias Althammer Hans-Gregor Hübl Stephan Geprägs
AEP	Lithium-ion batteries with modified electrolyte for next generation batteries	Müller-Buschbaum
Arbeitsgruppe Funktionelle Materialien Beschreibung Lithium-ion batteries are an indispensable energy supply in modern society. The ideal anode consists of lithium metal due to its high specific energy and low electrochemical potential. However, lithium-ion batteries with liquid electrolyte are prone to form lithium dendrites, which can lead to failure or even explosion of the battery. Therefore, polymer electrolytes are an attractive alternative to bypass these obstacles. However, polymer electrolytes suffer from high contact resistances and low ionic conductivities, which requires an elevated operating temperature. In this project, a hybrid electrolyte based on liquid electrolyte modified with polymer will be prepared. Then, CR2032 coin cell batteries will be fabricated and tested with standard cycling procedures. Besides electrochemical characterization techniques, complementary measurement like real space imaging techniques (scanning electron microscopy, SEM) and reciprocal space techniques (small angle x-ray scattering, SAXS) can be performed. Overall, this master thesis project involves literature review, sample preparation and data analysis.
AEP	Low-temperature fabrication of titania films for hybrid solar cells on flexible substrates	Müller-Buschbaum
Arbeitsgruppe Funktionelle Materialien Beschreibung Low-temperature (<150°C) route towards titania films offer promise for simple manufacturing, compatibility with flexible substrates, and titania-based solar cells. Herein, we use a specific titania precursor, ethylene glycol-modified titanate, to fabricate titania films as an electron-transporting layer. This experimental bachelor thesis aims at understanding the working principle of hybrid solar cells and the corresponding fabrication process. Different film characterization will be used such as SEM, GISAXS, XRD, UV-Vis, XPS, etc. The project will involve a literature review, sample preparation process, data analysis and result evaluation.
KM	Magnon transport in laterally confined magnetic insulators	Gross
Arbeitsgruppe Technische Physik Beschreibung In antiferromagnetic insulators, we obtain two magnon modes with opposite spin chirality due to the two opposing magnetic sublattices. In this way, magnon transport in antiferromagnetic insulators can be considered as the magnonic equivalent of electronic spin transport in semiconductors and the properties can be mapped onto a magnonic pseudospin. At present, most experiments rely on extended epitaxial thin films of antiferromagnetic insulators. Your thesis will be dedicated to confine the lateral dimensions of the magnon transport channel. By conducting all-electrical magnon transport experiments, you will then determine the role of lateral confinement in such measurement schemes. You are interested in providing novel insights into pseudospin properties in antiferromagnetic insulators and provide a spark for theoretical descriptions. In order to answer questions regarding magnon transport in magnetic insulators, your thesis will contain aspects of the fabrication of nano-scale devices using electron beam lithography as well as ultra-sensitive low-noise electronic measurements at high magnetic fields in a cryogenic environment. Betreuer(innen) Matthias Althammer Matthias Opel Hans-Gregor Hübl Stephan Geprägs
AEP	Optomechanics of coupled micro-drums	Poot
Arbeitsgruppe Quantentechnologien Beschreibung In this project you will dive into the interesting field of cavity optomechanics. We create micrometer-scale mechanical devices made from silicon nitride using advanced nanofabrication techniques here on campus: imagine a drum, but now more than 10 000x smaller! So small that it can be played ustilizing the momentum of photons, the so-called radiation pressure. You will also use light to extract information about mechanical properies - like their quality factors and resonance frequencies and even see their eigenmodes. What happens to these properties when many of the drums are coupled? That will be the key question of your project. We apply a novel technique to perform usually very long measurements on rather short time scales. We already have some working samples, so you can directly start and go ahead with the measurements. But you will also have the chance to learn many aspects of nanofabrication and make your own devices in the cleanroom, then measure them, and analyze the data. Betreuer(innen) Menno Poot
AEP	Printed perovskite solar cells	Müller-Buschbaum
Arbeitsgruppe Funktionelle Materialien Beschreibung Organic-inorganic lead halide perovskite solar cells have recently achieved 25.5% efficiency owing to their tunable bandgap, high carrier mobility and long diffusion length. Nevertheless, most of the solar cells were fabricated based on the spin-coating method, which suffers from waste of material and missing scalability. In this regard, the printing technique, a simple and scalable method, is advantageous to realize a future commercial application of perovskite solar cells. In this project, we aim to fabricate perovskite solar cells by printing and have an overall understanding of the growth mechanism of the perovskite film during printing. We use imaging techniques (e.g. electron microscopy) and methods for structure and morphology determination, e.g. X-ray scattering.
AEP	Printed polymer-based thin film batteries	Müller-Buschbaum
Arbeitsgruppe Funktionelle Materialien Beschreibung Materials for high energy density, solid-state batteries have been tremendously explored in the last decade. In particular, lithium-ion technology has attracted major interest. Among the many different types of batteries, the so-called polymer-based thin film batteries are very attractive as they can be incorporated into thin film devices. An inherent important part of such thin film lithium ion batteries is the membrane and solid-state polymer electrolyte membranes have attracted high attention in this respect. Lithium ions’ incorporation into solid-state polymer electrolyte membranes had shown a significant effect on both, the structure and properties, of the membranes in either the bulk or film format. The morphological reorganization and the thermodynamic properties of the solid-state polymer electrolyte membrane upon adding lithium salts and small molecules are the subjects of the experimental investigation. The polymer membranes will be prepared with printing. The structure and crystallinity of the lithium-doped membranes at different temperatures will be investigated with small/wide-angle X-ray scattering (SAXS/WAXS). The effects of morphology on the ionic conductivity of these ion-conducting membranes will be investigated using impedance spectroscopy. Aim of the present study is to increase conductivity with the help of small molecule additives, which can further improve the membrane morphology beyond the possibilities of the standard approach. Such high conductivity will be very beneficial for further downsizing of polymer-based thin film batteries.
AEP	Smart nano-sensors made of stimuli-responsive polymers in solution and in thin films	Müller-Buschbaum
Arbeitsgruppe Funktionelle Materialien Beschreibung Whereas macroscopic sensors made of stimuli-responsive hydrogels are well established, in the nanoworld such sensors still face many challenges. Potential fields of application of such sensors extend from engineering to bioengineering and medicine, e.g. as nanosensors for the control of concentration of glucose for diabetes patients or as switchable surface in the frame of tissue engineering. In this experimental project smart hydrogels, made of stimuli-responsive hydrogels will be investigated. Hydrogel films with thicknesses of a few tens to some hundreds of nanometers and spontaneously deswell or swell due to external stimuli, like temperature or the concentrations of ions. The changes in thickness and in molecular interactions in swelling or collapsing hydrogels will be probed during the switching process by different lab-based techniques. A comprehensive understanding of the switching process can be achieved by complementary neutron scattering experiments at large scale facilities. The project will involve a literature review, preparation of hydrogels, as well as experimental investigations and interpretations of the repeated switching of the stimuli-responsive hydrogels.
KM	Synchronization and nonlinear dynamics of nanomechanical oscillators	Poot
Arbeitsgruppe Quantentechnologien Beschreibung Synchronization is a universal phenomenon that is knows since they days of Huygens. When two or more oscillators with slightly different frequencies are coupled, they will start to move in phase. We can create small mechanical devices using advanced nanofabrication techniques here on campus. By sending light of the right wavelength, they start to oscillate, and when increasing the power the optomechanical coupling synchronizes them. The goal of this project is to synchronize devices made from silicon nitride, which is a special material with a lot of stress in it, and to increase the number of synchronized oscillators. The larger the system becomes, the richer the nonlinear dynamics will become. You will first make the devices in the cleanroom, measure them, and analyze the data. See http://www.groups.ph.tum.de/en/qtech/openings/ for a detailed description of this project.
AEP	Synthesis and self-assembly of gold nanoparticles for optoelectronic devices	Müller-Buschbaum
Arbeitsgruppe Funktionelle Materialien Beschreibung Gold nanoparticles (Au NPs) show peculiar optical and electrical properties compared with the macroscopic metal owing to the characteristic of a nanoscale. Recently many advantages were made in optoelectronic devices applications with broadening band and energy transfer. In this project, your work will focus on the Au NPs structure regulation, since the size, density, and morphology of the Au NPs will influence the crystallinity of the photoactive film and charge transportation of the device. Specifically, you can work on one of the following topics: a) Synthesis and investigate optical properties of different morphology of gold nanoparticles b) Self-assembly of monolayer Au NPs array for optoelectronic devices.
KTA	Untersuchung verschiedener Transient-Klassen mittels Fermi/GBM Daten (Thema ist bereits vergeben)	Greiner
Arbeitsgruppe Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) Beschreibung The recent detection of gravitational waves (GW) with the advanced LIGO/Virgo instruments in conjunction with a short gamma-ray burst (GRB) has surprised gamma-ray astronomers because of the substantially different properties of the GRB signal as compared to canonical GRBs. This motivates an "open-mind" search for untriggered transient events in the data stream of the gamma-ray burst monitor (GBM) on the Fermi satellite. With a previous Master thesis we have developed an automated search for gamma-ray transients in Fermi/GBM data. This thesis shall improve this new procedure, and establish a Python program for recognizing certain types of transient sources. The work also involves learning about different transient source types, and their X-ray and gamma-ray characteristics. The project includes elements from computational and observational high-energy astrophysics, and will allow for obtaining extensive knowledge on the broad class of high-energy transients. Some background in astrophysics is advantageous, but affinity with Python programming is a must. Contact: Jochen Greiner, jcg@mpe.mpg.de, MPE Room 1.3.13, Tel. 30000-3847

Anmeldung der Forschungsphase

Die Anmeldung zu allen Modulen der Forschungsphase erfolgt beim Dekanat Physik in der Regel zu Beginn des dritten Semesters in einem Schritt. Dabei ist der Nachweis über das Mentorengespräch beizufügen. Nach Vereinbarung eines Themas mit der/dem zukünftigen Themensteller(in) können Studierende das Anmeldeformular ausdrucken.

Nach einem halben Jahr soll dann die Masterarbeit beginnen.Es werden Ihnen das Masterseminar und das Masterpraktikum gutgeschrieben und die formale Zulassung zur Masterarbeit wird erteilt.

Abgabe der Masterarbeit und Bewertung

Bevor Sie Ihre Masterarbeit einreichen, müssen Sie den Titel und dessen Übersetzung in der Datenbank (Zugang für Studierende) an den endgültigen Titel anpassen. und eine elektronische Kopie (PDF) hochzuladen. Ist das geschehen, geben Sie zwei gedruckte Exemplare im Dekanat Physik ab. Alternativ zur persönlichen Abgabe im Dekanat können Sie die zwei Druckexemplare auch per Post schicken – benutzen Sie dazu das Abgabe-Anschreiben, welches Sie nach dem Hochladen der PDF-Datei auf der Status-Seite herunterladen können, dieses enthält (wie das Abgabeformular) insbesondere die notwendige Erklärung nach §18 Absatz 9 APSO.

Die Arbeit gilt erst dann als abgegeben, wenn die zwei gedruckten Exemplare und das unterschriebene Abgabeformular bzw. (bei postalischer Einreichung das unterschriebene Abgabe-Anschreiben) physisch im Dekanat Physik eingegangen sind. Das Hochladen der elektronischen Kopie reicht nicht aus. Wenn die gedruckten Exemplare und das Abgabe-Anschreiben unverzüglich nach dem Hochladen abgeschickt wurden, interpretieren wir aber rückwirkend das Datum des Hochladens der elektronischen Kopie als Abgabedatum.

Eine Verlängerung der Frist zur Abgabe der Masterarbeit ist nur in begründeten Fällen möglich. Siehe FAQ-Artikel zur Verlängerung von Abschlussarbeiten.

Die Masterthesis wird vom Themensteller und einem Zweitgutachter begutachtet und benotet. Die/Der Zweitgutachter(in) wird auf Vorschlag der/s Erstgutacherin/s (frühestens nach offizieller Anmeldung der Masterarbeit) durch den Prüfungsausschuss benannt.

Themensteller und Zweitgutachter benoten auch das abschließende Kolloquium.

Zum Ablegen von Prüfungsleistungen müssen Sie immatrikuliert sein. Sie müssen sich also nochmals rechtzeitig für das Abschlussemester rückmelden, wenn z. B. die Abgabe Ihrer Masterarbeit und das Masterkolloquium nicht mehr im laufenden Semester stattfinden wird. Studien- und Prüfungsleistungen bis einschließlich der ersten Vorlesungswoche des Folgesemesters gelten gemäß APSO zum aktuellen Semester – abweichend davon gilt für die eigentliche Master's Thesis: am Tag der Abgabe müssen Sie immatrikuliert sein (d. h. eine Abgabe am 1. April bzw. 1. Oktober oder später ist nicht möglich, wenn Sie nicht im Sommer- bzw. Wintersemester immatrikuliert/rückgemeldet sind).

Bei einem Abgabeziel der Masterarbeit etwa im Oktober sollten Sie daher die Rückmeldung (Frist jeweils 15.8.) zum Wintersemester nicht versäumen.

Organisation des Kolloquiums

Die Organisation und Durchführung des Masterkolloquiums obliegt der/m Themensteller(in) gemeinsam mit der/m Zweitgutachter(in). Für das Masterkolloquium sind ca. 60 Minuten, bestehend aus 30 Minuten Vortrag und 30 Minuten Disputation/Prüfung vorgesehen. Die Durchführung eines Kolloquiums kann auch im Rahmen eines Arbeitsgruppenseminars o. Ä. erfolgen.

Studienabschluss

Zum Ende des Semesters, in dem Sie die 120 Credit Points (CP) im Masterstudium erreichen, werden Sie gemäß §13(1) ImmatSatzung exmatrikuliert. Im den meisten Fällen wird das Masterkolloquium die letzte Studien- bzw. Prüfungsleistung sein.

Erbringen weiterer Leistungen und Zeugnisdokumente

Da Sie nach dem Erfüllen der 120 CP des Masterstudiums grundsätzlich noch Studien- und Prüfungsleistungen erbringen können, die etwa in den Katalogen der Spezialfächer oder nichtphysikalischen Wahlfächer bereits vorhandene Leistungen ersetzen, ist es in der Regel erst nach Exmatrikulation möglich, die Abschlussdokumente zu erstellen. Beachten Sie dazu die Hinweise zum Studienabschluss und zu den Abschlussdokumenten.

Ermittlung der Gesamtnote

Die Abschlussnote wird als ungewichteter Mittelwert der benoteten Prüfungsleistungen gebildet. Dazu gehören deas Wahlfach Theoretische Physik, die Spezialfächer, das nichtphysikalische Wahlfach, die Masterarbeit und das Masterkolloquium.

Haben Sie mehr als 30 CP in den Spezialfächern oder mehr als 8 CP im nichtphysikalischen Wahlfach erbracht, so versucht TUMonline das für Sie beste Ergebnis zu berechnen. Übrige Fächer werden dann unter der Rubrik Zusatzfächer auf dem Transkript gelistet. Sollten Sie eine andere Fächerwertung wünschen, als das System vorschlägt, setzen Sie sich bitte rechtzeitig (bevor die Abschlussdokumente erstellt werden) mit dem Schriftführer des Prüfungsausschusses in Verbindung.

Nr.	Modul	CP	ca. %
1	Theoretische Physik	10	12
2	Spezialfächer	30	36
3	Nichtphysikalisches Wahlfach	8	10
4	Masterarbeit	30	36
5	Masterkolloquium	5	6
	Summe	83	100

Wichtiger Hinweis / Important notice

➜ https://www.nat.tum.de