Elektronen in niedrig-dimensionalen Strukturen
Electrons in Low Dimensional Systems

Modul PH2284

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom SS 2022 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.

verfügbare Modulversionen
SS 2022WS 2021/2SS 2021

Basisdaten

PH2284 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 45 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2284 ist Francesco Allegretti.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

(1) Free and confined electrons in solids. (2) Electrons in a periodic potential: band theory of solids and dimensionality. Semiconductor materials, graphene and carbon nanotubes. (3) Two-dimensional electron gas. Quantum wells, quantum wires, quantum dots. (4) Surface electronic states, surface confinement, density of states vs. dimensionality. (5) Nanostructures and 2-D materials: from top-down control to bottom-up assembly. (6) Some important experimental techniques (scanning tunneling microscopy and spectroscopy, angle-resolved photoelectron spectroscopy, two-photon photoemission, inverse photoemission etc.) (7) Tunneling and tunnel junctions. (8) Coulomb blockade and single electron transistors. (9) Classical and semiclassical transport, ballistic transport, quantum resistance. (10) Quantum Hall effect and topological states.

Lernergebnisse

After successful completion of the module the students are able to: (1) understand the physical laws governing the behaviour of electrons in solids and the influence of the reduced dimensionality; (2) understand the role of nanoscale phenomena and electron confinement in determining the electronic properties and physical behaviour of nanostructures; (3) evaluate the potential for exploitation of confinement effects in devices and applications.

Voraussetzungen

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

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Beachten Sie, dass die Lehrveranstaltungsplanung i. d. R. erst im Vorsemester abgeschlossen wird.

WS 2021/2 SS 2021
ArtSWSTitelDozent(en)TermineLinks
VO 2 Electrons in Low Dimensional Systems Allegretti, F. Fr, 11:00–13:00, PH II 227
 eLearning
UE 2 Übung zu Elektronen in niedrig-dimensionalen Strukturen Allegretti, F. Termine in Gruppen eLearning

Lern- und Lehrmethoden

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 Rechenaufgaben die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Methoden:

  • Vorlesung: Vortrag, Beamerpräsentation, Tafelarbeit.
  • Übungsstunden mit Tafelanschrieb, Diskussion und offenen Aufgaben, um die aktive Teilnahme der Studierenden anzuregen.
  • Quizfragen für Selbstevaluierung.
  • Laborbesuche (TUM).

Medienformen

Vortrag, Beamerpräsentation, Tafelarbeit, Vorlesungsfolien, Übungsblätter. Laborbesuche. Durchführung von Multiple-Choice-Tests in Moodle.

Literatur

Empfohlene Fachbuch: George W. Hanson, Fundamentals of Nanoelectronics, Pearson/Prentice Hall (2007).

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

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 und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Beschreiben Sie die Energieniveaus und die Bandstruktur eines Quantentopfes.
  • Wie kann man die Oberflächenbandstruktur mithilfe der winkel-aufgelösten Photoelektronenspektroskopie messen?
  • Was ist die Coulomb-Blockade?

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.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus einer vorgerechneten Übungsaufgabe und eines 25-minütigen Vortrags über ausgesuchte Themengebiete.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Nach oben