Theoretische Festkörperphysik
Theoretical Solid State Physics

1. Phases of matter
2. Scattering and static structure factor

1. Theory of phonons and specific heat
2. Inelastic neutron scattering, dynamic structure factor
3. Linear response, fluctuation-dissipation relations

1. Bloch theorem, Wannier functions, band theory
2. Metals and insulators, para- and diamagnetism
3. Semiclassical dynamics, Bloch oscillations
4. Transport: Drude theory, Boltzmann equations
5. Quantum Hall

1. Approaching the many-body problem
2. Interlude: Second quantization
3. Non-Interacting electron gas, Lindhard function
4. Fermi liquid theory
5. The interacting electron gas, Hartree-Fock theory
6. Random phase approximation, screening, Collective excitations
7. Electron-Phonon interaction, BCS-theory of superconductivity
8. Quantum magnetism, Hubbard model at strong and weak coupling
9. Disorder and localization

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der/die Studierende in der Lage

1. die wichtigsten Strukturen kondensierter Materie und ihre atomare Zusammensetzung mathematisch zu beschreiben und ihre strukturellen und dynamischen Eigenschaften im Rahmen einfacher Modelle zu berechnen
2. den physikalischen Ursprung von strukurellen Phasenübergängen an Oberflächen und von Defektstrukturen zu erklären
3. Die zentralen Näherungen bei der Lösung des Vielteilchenproblems in kondensierter Materie zu erklären
4. Die Natur korrelierter niederdimensionaler Systeme zu verstehen und im Rahmen der Fermi- oder Luttingerflüssigkeitstheorie zu erklären
5. elektronische Phasenübergänge wie die Supraleitung theoretisch zu beschreiben und zu charakterisieren

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Das Modul besteht aus einer Vorlesung und einer Übung.

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Themen präsentiert, dabei werden insbesondere mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die universellen Konzepte der Physik aufgezeigt. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert.

In der Übung werden in Einzel- und Gruppenarbeit (ca. 6-8 Studierende mit Unterstützung durch eine/n Übungsleiter/in) anhand von Problembeispielen und (Rechen-)Aufgaben die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

e-Learning (Tablet-PC mit Sprachaufzeichnung zum Nachhören von Teilen oder ganzen Vorlesungen/Übungen), Präsentationsunterlagen, Übungsblätter, Computersimulationen, begleitende Internetseite, ergänzende Literatur

• N.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics, Cengage Learning (Deutsche Ausgabe: De Gruyter Oldenbourg)
• P.M. Chaikin and T.C. Lubensky, Principles of Condensed Matter Physics, Cambridge University Press

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Berechnen Sie das Spektrum der longitudinalen Schwingungen eine zweiatomigen harmonischen Kette unter der Annahme periodischer Randbedingungen.
• Bestimmen Sie die Wellenfunktion aus der Bloch-Bedingung für das Kronig-Penney-Modell.
• Berechnen Sie die Dichte-Korrelationsfunktion des nicht wechselwirkenden Fermi Gases.
• Bestimmen Sie den Zusammenhang von Fluktuationen und Dissipation.