Magnetismus und magnetische Materialien
Magnetism and Magnetic Materials

In diesem Modul werden die grundlegenden Eigenschaften magnetischer Materialien betrachtet. In der Einleitung wird Dia- und Paramagnetismus in atomaren Systemen diskutiert. Danach wird magnetische Ordnung in Festkörpern untersucht. Magnetische Phasen mit langreichweitiger Ordnung stehen im Vordergrund, deren Temperaturverhalten wird analysiert. In ferromagnetischen Systemen werden mikromagnetische Eigenschaften wie das Auftreten von Domänen und Domänenwänden diskutiert. Zudem werden magneto-resistive Effekte, die für technologische Anwendungen relevant sind, betrachtet. Einige experimentelle Methoden und moderne Anwendungen des Magnetismus werden vorgestellt.

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

1. Die Antwort eines magnetischen Materials im Magnetfeld zu evaluieren,
2. die magnetischen Eigenschaften von isolierten Atomen und Ionen zu bestimmen,
3. den Einfluß des Kristallfeldes auf Ionen und Atome zu verstehen,
4. die magnetischen Eigenschaften von (quasi) freien Ladungsträgern in Festkörpern zu bestimmen,
5. die verschiedenen Kopplungsmechanismen zwischen den magnetischen Momenten zu verstehen,
6. magnetische Ordnung und Phasenübergänge zu verstehen und
7. experimentelle Daten in Hinblick auf magnetische Eigenschaften zu analysieren

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 der Physik aufgezeigt. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert.

In der Übung werden anhand von Problembeispielen und (Rechen-)Aufgaben die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können. Zudem werden aktuelle Publikationen exemplarisch diskutiert.

Powerpoint, Tafelarbeit, Übungsblätter

• S. Blundell: Magnetism in Condensed Matter, Oxford University Press, (2000)
• J.M.D. Coey: Magnetism and Magnetic Materials, Cambridge University Press, (2010)
• R. Skomski: Simple Models of Magnetism, Oxford University Press, (2008)
• J. Stöhr & H.C. Siegmann: Magnetism, Springer, (2006)

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Beschreibung des Temperaturverhaltens eines ferromagnetischen Materials im angelegten Magnetfeld und im Nullfeld
• Herleitung des Bloch’schen Gesetzes
• Ursache für die Entstehung von magnetischen Domänen
• Beschreibung einer magnetischen Domänenwand
• Erklärung des Riesenmagnetwiderstands
• Ursprung der oszillatorischen Austauschkopplung

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.