Magnetismus
Magnetism

Dieses Modul gibt eine Einführung in die verschiedenen Arten des Magnetismus, vom Magnetismus nicht-wechselwirkender Atome hin zu korrelierten Elektronensystemen, sowie derer Nachweisverfahren. Nach einer fachlichen und historischen Motivation wird in die grundlegenden Zusammenhänge zwischen Magnetisierung, magnetischem Feld und Induktion, sowie die quantitative Beschreibung der Materialeigenschaften eingeführt. Es werden die unterschiedlichen Arten des Magnetismus isolierter Atome beschrieben und daraufhin der Einfluss der Kristallstruktur diskutiert. Des Weiteren werden die magnetischen Eigenschaften der freien Ladungsträger in einem Festkörper behandelt. Zusätzlich werden Kopplungsphänomene die zu kollektivem Verhalten der magnetischen Momente führen, sowie Magnetische Ordnungsstrukturen und Phasenübergänge besprochen.

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

1. Die grundlegenden Zusammenhänge zwischen magnetischem Feld und Materialeigenschaften zu bewerten,
2. die magnetischen Eigenschaften isolierter Ionen und Atome zu bewerten,
3. den Einfluss der umgebenden Kristallstruktur auf die Eigenschaften der magnetischen Ionen zu verstehen,
4. die magnetischen Eigenschaften freier Elektronen im Festkörper zu analysieren,
5. die verschiedenen Kopplungsmechanismen zwischen magnetischen Momenten zu verstehen,
6. Magnetische Ordnungsstrukturen und Phasenübergänge zu verstehen und
7. Experimentelle Methoden zum Nachweis magnetischer Phänomene zu bennenen.

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 Lerninhalte präsentiert, dabei werden insbesondere mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die universellen Konzepte im Bereich Magnetismus aufgezeigt. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert.

In der Übung werden anhand von Problembeispielen und Simulationen basierend auf physikalischen Modellen die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Vortrag, Beamerpräsentation, Präsentationsunterlagen, Übungen in Einzel- und Gruppenarbeit, Diskussionen, begleitende Internetseite, ergänzende Literatur (Bücher und Online)

Standard-Lehrbücher zu Magnetismus, zum Beispiel:

• Neil W. Ashcroft & N. David Mermin: Solid State Physics (Harcourt Brace College Publishers, 1976),
• Stephen Blundell: Magnetism in Condensed Matter, (Oxford University Press, 2001),
• Konrad Kopitzki: Einführung in die Festkörperphysik, (Teubner,1993),
• A.H. Morrish: The physical principles of magnetism, (IEEE Press, 2001),
• Robert C. O'Handley: Modern magnetic materials - principles and applications, (Wiley, 2000),
• Nicola Spaldin: Magnetic Materials - Fundamentals and Device Applications (Cambridge University Press, 2003),
• Amikan Aharoni: Introduction to the Theory of Ferromagnetism(Oxford University Press, 2000),
• W. Nolting: Quantentheorie des Magnetismus I+II (Teubner, 1997),
• Kei Yosida: Theory of Magnetism (Springer, 1998)
• Michael Coey: Magnetism and Magnetic Materials (Cambridge University Press, 2009)

Es findet eine mündliche Prüfung von 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen, Diskussionen anhand von Skizzen und Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Wie lassen sich ferromagnetische, ferrimagnetische und antiferromagnetische Stoffe anhand ihrer magnetischen Suszeptibilität unterscheiden?
• Wie lassen sich Materialien in den magnetischen Eigenschaften klassifizieren und welche Experimente sind dazu notwendig?
• Wie lassen sich homogene Magnetfelder erzeugen?

Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel erlaubt.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.