Nanophysics (NP I)

Nanophysics (WiSe)

Dozent: Prof. Dr. Johann Peter Reithmaier

Die Vorlesung umfasst 3 SWSt. Die Vorlesung ist gedacht für Studenten der Nanostrukturwissenschaften ab dem 7. Semester (Pflichtfach) und Physik Diplom ab dem 5. Semester (Physiklisches Wahlfach). Grundkenntnisse in der Experimentalphysik, Festkörperphysik und Quantenmechanik sind Voraussetzung und werden nur kurz rekapituliert.

Der erste Teil (im WS) der zweiteiligen Vorlesungsreihe vermittelt die Grundlagen zu Nanostrukturen aus physikalischer Sicht. Dabei wird eingegangen auf die dimensionsabhängigen physikalischen Eigenschaften von Festkörpern und den dominierenden Einfluß quantenmechanischer Prinzipien zur Beschreibung der Phänomene. Zusätzlich werden Herstellungs- und Charakterisierungsverfahren von Nanostrukturen diskutiert. Der zweite Teil (im SS) beschäftigt sich mit Anwendungsbeispielen von nanostrukturierten Materialien in der Nanomechanik, Nanoelektronik, Optoelektronik und Nanophotonik.


Inhaltsangabe:

  1. Überblick
  2. Einführung
    • Grundlegende Überlegungen + Abgrenzung zu Atomphysik und Kontinuumsphysik
    • Überblick über Herstellungsmethoden (top-down, bottom-up, etc.)
    • Überblick über Charakterisierungsmethoden
    • Überblick über Anwendungsmöglichkeiten
  3. Physikalische Grundlagen (Kurzwiederholung)
    • Mechanik und Thermodynamik
    • Elektrodynamik
    • Quantenmechanik
    • Atom- und Molekülphysik
    • Festkörperphysik
  4. Mechanische und thermische Eigenschaften nanostrukturierter Materialien
    • Mechanische Eigenschaften von Nanostrukturen
    • Thermische Eigenschaften von Nanopartikeln und Molekülclustern
  5. Elektronische und magnetische Eigenschaften nanostrukturierter Festkörper
    • Theorie niedrigdimensionaler elektronischer Systeme (Quantenfilme, -drähte, punkte)
    • Elektronentransport in nanostrukturierten Halbleitern (Tunneleffekt, Coulombblockade, etc.)
    • Eigenschaften von nanostrukturierten magnetischen Materialien und Partikel
  6. Optische Eigenschaften von nanostrukturierten Festkörpern
    • Wechselwirkung nanostrukturierter Halbleiter mit elektromagnetischer Strahlung
    • Nanostrukturierte photonische Systeme (Photonische Kristalle, Mikrokavitäten, etc.)
    • Quantenpunktstrukturen in optischen Resonatoren
  7. Nanostrukturierungsverfahren
    • Top-down Methoden (Lithographie, Nanostempel, AFM, etc.)
    • Bottom-up Methoden (Selbstorganisiertes Wachstum, Sol-Gel, chemische Verfahren)
  8. Charakterisierungsmethoden für Nanostrukturen
    • Elektronenraster- und transmissionsmikroskopie
    • Rastersondenverfahren (AFM, STM, magnet. AFM, SNOM, etc.)
    • Analytische Verfahren (XRD, EBID, FIB, SIMS, etc.)
    • Ausblick auf Sommersemester:
    • Nanostrukturen aus physikalischer Sicht II (Anwendungen)
  9. Einführung in Anwendungen von Nanostrukturen
  10. Nanopartikel und Molekülcluster
  11. Nanomechanik
  12. Nanoelektronik
  13. Molekulare Elektronik
  14. Nanostrukturen in der Optoelektronik
  15. Nanophotonik

Ausblick auf Sommersemester (Kapitel 9.-15).
Nanostrukturen aus physikalischer Sicht II (Anwendungen)

Termine zur Vorlesung / Übung

Die erste Vorlesung findet am Montag, den 21.10.2024 statt.

Montag, 15.15 - 17.00 Uhr in Raum 1252

Donnerstag, 12.15 - 13.00 Uhr in Raum 1245

 

Übung:

Die erste Übung findet am Freitag, den 08.11.2024 statt.

Freitag, 13.00 - 14.00 Uhr in Raum 1252

 

Unterlagen zur Vorlesung und Übung sind im Moodle-Kurs NP I zu finden (Zugangscode wird in der 1. Vorlesung bekanntgegeben).

Link zu Moodle: https://moodle.uni-kassel.de/course/index.php?categoryid=292

 

Termine zur Prüfung (mündlich)

Prüfungstermin WiSe 2023/2024:

Dienstag, den 09.04.2024 ab 9.00 Uhr


Mittwoch, den 10.04.2024 ab 9.00 Uhr

 

Pro Zeitblock stehen jedem Studierenden 60 min. für die mündliche Prüfung zur Verfügung.

 

Bitte melden Sie sich persönlich oder per E-mail für die Prüfung im Sekretariat der Technischen Physik an. Bitte vergessen Sie die Anmeldung im HISPOS nicht.

 

Anmeldeschluss: 11. und 12.04.2024